UNIVERSIDAD DE LA REPÚBLICA FACULTAD DE INGENIERIA
Tesis para optar al título de Magister en Ingeniería Ambiental
SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE
REMOCIÓN DE NITRÓGENO Y FÓSFORO,
DE EFLUENTES DE INDUSTRIAS DE
LA CUENCA DEL RÍO SANTA LUCÍA
Autor: MARÍA JOSÉ DEL CAMPO Director de tesis: Dra. Ing. ELENA CASTELLÓ
Montevideo, Uruguay 2018
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PÁGINA DE APROBACIÓN ii
PÁGINA DE APROBACIÓN
El tribunal docente integrado por los abajo firmantes aprueba la Tesis de
Investigación
Título:
Sistemas de tratamiento de remoción de nitrógeno y fósforo, en efluentes
de industrias de la Cuenca del Río Santa Lucía
Autor: María José del Campo Vega
Tutor: Dra. Ing. Elena Castelló
Carrera: Magister en Ingeniería Ambiental
Puntaje:
Tribunal:
Dra.Liliana Borzaconni…………………………………………………………...
Dra. Elizabeth González………………………………………………………….
Dra. Soledad Gutiérrez…………………………………………………………...
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TABLA DE CONTENIDOS iii
TABLA DE CONTENIDOS
PÁGINA DE APROBACIÓN .................................................................... ii
TABLA DE CONTENIDOS ...................................................................... iii
RESUMEN .............................................................................................. ix
CAPÍTULO 1 – Introducción y Objetivos .................................................. 1
Introducción .................................................................................. 1
Objetivos ....................................................................................... 7
CAPÍTULO 2 – Fundamento teórico ...................................................... 10
Nutrientes ................................................................................... 10
2.1.1 Especies de nitrógeno .......................................................... 10
2.1.2 Especies de fósforo .............................................................. 12
Remoción biológica de nitrógeno ................................................ 13
2.2.1 Proceso de nitrificación aeróbica .......................................... 13
2.2.2 Desnitrificación anóxica ........................................................ 22
Remoción de fósforo ................................................................... 27
2.3.1 Remoción biológica de fósforo.............................................. 27
2.3.2 Remoción físicoquímica de fósforo ....................................... 32
Descripción del proceso de lodos activados ............................... 35
Configuraciones de los sistemas de lodos activados .................. 38
Sistemas de remoción biológica de nitrógeno ............................ 39
2.6.1 SLA con desnitrificación de cabeza (MLE) ........................... 39
2.6.2 SLA con reactor en cascada (step-feed) .............................. 41
2.6.3 SLA con reactor de N/D simultánea ...................................... 43
Sistemas de remoción biológica de fósforo ................................ 45
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TABLA DE CONTENIDOS iv
Sistemas conjuntos de remoción biológica de fósforo y nitrógeno…………………………………………………………….47
2.8.1 Sistema A2/O y UCT ............................................................ 47
Sistemas con selector ................................................................. 49
2.9.1 SLA con selector aeróbico, anóxico o anaeróbico ................ 50
Nuevos sistemas y tendencias para remoción de nitrógeno ....... 52
Descripción de los parámetros de diseño y operación ............... 58
2.11.1 Caracterización del líquido a tratar .......................................... 59
2.11.2 Caudal de influente ............................................................. 61
2.11.3 Concentración y carga de contaminantes .......................... 61
2.11.4 Determinación de sustrato carbonáceo .............................. 62
2.11.5 Cargas procedentes de procesos de digestión de barros .. 64
2.11.6 Alcalinidad .......................................................................... 65
2.11.7 Limitaciones de nutrientes .................................................. 65
2.11.8 Requerimientos del efluente de salida ................................ 66
Parámetros y variables para el diseño del reactor biológico ....... 67
2.12.1 Temperatura ........................................................................ 67
2.12.2 Carga de lodos de DBO5 ..................................................... 67
2.12.3 Concentración de sólidos en el reactor ............................... 68
2.12.4 Tiempo de retención de sólidos – Edad de lodos ................ 71
2.12.5 Producción de sólidos (𝐒𝐏𝐝) ............................................... 74
2.12.6 Producción específica de lodos o Sobreproducción de lodos………………. ............................................................... 76
2.12.7 Relación entre el SRT, la producción específica y la carga de lodos ..................................................................................... 79
2.12.8 Cantidad de amonio a nitrificar ............................................ 79
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TABLA DE CONTENIDOS v
2.12.9 Cantidad de nitrato a desnitrificar ........................................ 80
2.12.10 Capacidad de desnitrificación ............................................. 82
2.12.11 Relación de volúmenes anóxico/aireado ............................. 83
2.12.12 Relación de recirculación de lodos y recirculación interna .. 84
2.12.13 Requerimientos de oxígeno ................................................ 86
Parámetros y variables para el diseño de la remoción de fósforo ………………………………………………………….…………….88
2.13.1 TRH del reactor anaerobio para remoción biológica de fósforo ………………………………………………………………….88
2.13.2 Determinación del fosfato a ser precipitado .......................... 88
2.13.3 Determinación de la producción de lodos debido a remoción de fósforo .............................................................................. 90
Parámetros y variables para el diseño del sedimentador secundario ................ …………………………………………………………….91
2.14.1 Índice de Sedimentabilidad de Lodos ................................... 92
2.14.2 Tiempo de espesado ............................................................ 94
2.14.3 Relación de recirculación de lodos y concentración de sólidos en el influente del sedimentador secundario ........................ 95
2.14.4 Concentración de sólidos suspendidos en zona de espesado ……………………………………………………………… …96
2.14.5 Carga hidráulica .................................................................... 96
2.14.6 Área superficial del sedimentador ......................................... 98
2.14.7 Profundidad del sedimentador .............................................. 98
Aspectos de operación: lodos filamentosos y espumas............ 100
Usos y tendencias de los sistemas de tratamiento para remoción de nutrientes de los sectores industriales en estudio ............... 102
2.16.1 Sector frigoríficos ................................................................ 103
2.16.2 Sector cervecerías .............................................................. 112
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TABLA DE CONTENIDOS vi
2.16.3 Sector industrias lácteas ..................................................... 115
CAPÍTULO 3 – Metodología de análisis .............................................. 123
Introducción a la metodología de análisis ................................. 123
Descripción de la sistemática de análisis para cada industria .. 124
Procedimiento para relevar los parámetros de diseño del SLA 136
Procedimiento para evaluar los parámetros de operación ........ 144
CAPÍTULO 4 –Descripción de las industrias ....................................... 150
INDUSTRIA 1 ........................................................................... 150
4.1.1 Análisis de los aspectos de diseño del proyecto de ingeniería ………………………………………………………………..150
4.1.2 Análisis de los parámetros de diseño del SLA .................... 159
4.1.3 Análisis de la operación en régimen de la PTE .................. 165
4.1.4 Análisis de las condiciones de operación del SLA .............. 170
4.1.5 Conclusiones particulares para el caso de estudio ............. 175
INDUSTRIA 2 ........................................................................... 177
4.2.1 Análisis de los aspectos de diseño del proyecto de ingeniería ………………………………………………………………..177
4.2.2 Análisis de los parámetros de diseño del SLA .................... 185
4.2.3 Análisis de la operación en régimen de la PTE .................. 192
4.2.4 Análisis de las condiciones de operación del SLA .............. 198
4.2.5 Conclusiones particulares para el caso de estudio ............. 201
INDUSTRIA 3 ........................................................................... 203
4.3.1 Análisis de los aspectos de diseño del proyecto de ingeniería ………………………………………………………….…….203
4.3.2 Análisis de los parámetros de diseño del SLA .................... 209
4.3.3 Análisis de la operación en régimen del SLA ..................... 215
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TABLA DE CONTENIDOS vii
4.3.4 Período de puesta en operación ......................................... 216
4.3.5 Análisis de los resultados de operación .............................. 221
4.3.6 Conclusiones particulares para el caso en estudio ............. 226
INDUSTRIA 4 ........................................................................... 228
4.4.1 Análisis de los aspectos de diseño del proyecto de ingeniería ………………………………………………………………..228
4.4.2 Análisis de los parámetros de diseño del SLA .................... 236
4.4.3 Análisis de la operación en régimen de la PTE .................. 243
4.4.4 Análisis de las condiciones de operación del SLA .............. 248
4.4.5 Conclusiones particulares para el caso en estudio ............. 252
INDUSTRIA 5 ........................................................................... 254
4.5.1 Análisis de los aspectos de diseño del proyecto de ingeniería ………………………………………………………………..254
4.5.2 Análisis de los parámetros de diseño del SLA .................... 264
4.5.3 Análisis de la operación en régimen de la PTE .................. 273
4.5.4 Análisis de las condiciones de operación del SLA .............. 281
4.5.5 Conclusiones particulares para el caso en estudio ............. 284
Analisis conjunto de los SLA implementado por las industrias . 288
Análisis de la metodología utilizada para el diseño .................. 292
4.7.1 Análisis del procedimiento para evaluar los parámetros de operación ............................................................................ 294
CAPÍTULO 5 – Conclusiones, productos y próximos pasos ................ 297
Conclusiones sobre los SLA implementados por las industrias 297
5.1.1 Conclusiones sobre la aptitud de los SLA implementados . 298
5.1.2 Conclusiones respecto a los parámetros de operación de los SLA ..................................................................................... 300
5.1.3 Conclusiones respecto al pretratamiento ............................ 304
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TABLA DE CONTENIDOS viii
Conclusiones sobre la metodología usada para el diseño ........ 306
Conclusiones sobre la metodología usada para la operación ... 307
Productos de la tesis................................................................. 309
Recomendaciones de pasos a seguir ....................................... 310
6 Bibliografía .................................................................................... 312
ANEXO A – LISTA DE ABREVIATURAS ........................................... 316
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RESUMEN ix
RESUMEN
Como parte de la tesis se realizó un exhaustivo relevamiento, análisis y
evaluación, de los sistemas de lodos activados implementados por 5
industrias, las condiciones que fueron previstas en el diseño, y los
resultados de su operación.
Parte de los objetivos consistieron en evaluar la aptitud para alcanzar los
estándares exigidos por normativa, y evaluar los principales parámetros de
diseño (SRT, Producción específica de lodos, carga de lodos, Índice de
Sedimentabilidad de Lodos, entre otros). En particular analizar si los
valores/rangos que se tomaron como referencia para los parámetros de
diseño, se confirmaban luego en la operación, verificando en ese caso, que
se adecuaban a las condiciones previstas en el diseño. Como parte del
análisis, y de manera de poder comparar con la misma base, se propuso
como metodología para relevar los parámetros de diseño, un algoritmo
basado en la guía (ATV-A 131, 2001). Por lo tanto parte del estudio
consistió en relevar si era posible el uso de dicha metodología, dado que si
bien es ampliamente utilizada a nivel mundial, se aplica en circunstancias
diferentes.
A la luz de los resultados obtenidos en 12-24 meses de operación, la
primera conclusión es que los sistemas de lodos activados implementados
han sido exitosos, dado que el efluente de salida cumple con las nuevas
exigencias de nitrógeno y fósforo; verificándose en cada uno de las
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RESUMEN x
configuraciones implementadas por las industrias, las ventajas operativas
que predecía la bibliografía. En relación a los valores de los parámetros de
diseño, cabe aclarar que hasta el momento se tiene un período acotado de
operación y por tal motivo no corresponde a un análisis estadístico, pero de
una manera general, se concluye que la metodología propuesta puede
emplearse.
Como próximo e inmediato paso, se plantea que debe evaluarse cómo
definir las condiciones de operación que– sin comprometer la sostenibilidad
- minimicen los costos de la operación de los sistemas de lodos activados.
Asimismo, a los efectos del diseño, deberá planificarse estudios y
mediciones, tendientes a validar el uso de la metodología, y los rangos a
tomar como referencia para los parámetros fundamentales.
Palabras clave:
Sistemas de tratamiento de remoción de nutrientes, efluentes industriales,
remoción biológica de nitrógeno, remoción biológica de fósforo, remoción
fisicoquímica de fósforo, Sistemas de Lodos Activados con
nitrificación/desnitrificación
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Introducción 1
CAPÍTULO 1 – Introducción y Objetivos
Introducción
En abril del 2013 un bloom de algas en la represa que constituye la reserva
para toma de agua potable para gran parte de la población, confirió al agua
un olor y sabor desagradable lo que tuvo gran repercusión pública. Este
evento desencadenó una serie de acciones, entre ellas la Dirección
Nacional de Medio Ambiente (DINAMA) elaboró un plan de acción
denominado “Plan de Acción para la Protección de la Calidad Ambiental y
la Disponibilidad de las Fuentes de Agua Potable en la Cuenca del Río
Santa Lucía” (Plan de Acción, 2013), el cual tiene 11 medidas cuyo objetivo
es reducir la contaminación ambiental en los distintos sectores de actividad:
industrias, tambos, engordes a corral, plantas de saneamiento, cultivos
cercanos a la ribera de ciertos ríos, abrevadero de animales directo en
ciertos cuerpos de agua, entre otros.
Entre estas, la Medida 1 está dirigida a reducir la contaminación de los
vertidos industriales, y exigió a determinadas industrias -que se categorizó
como prioritarias, que el vertido de sus efluentes cumpliera ciertos
estándares para las especies de nitrógeno y fósforo, lo que las obligó a
incluir sistemas de remoción de nutrientes en el tratamiento de sus
efluentes. Los estándares que exige la normativa ambiental del Uruguay se
muestran en la Tabla 1.
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Introducción 2
Tabla 1: estándares de nitrógeno y fósforo que deben cumplir industrias categorizadas como “prioridad 1” que vierten a curso de agua
Contaminante Límite establecido Normativa que lo establece
Nitrógeno amoniacal 5 mg N/L (Dec. 253/979, 1979)
Nitrógeno Kjeldahl 10 mg N/L (RM 966/13, 2013)
Nitratos 20 mg N/L (RM 966/13, 2013)
Fósforo Total 5 mg P/L (Dec. 253/979, 1979)
El parámetro nitrógeno amoniacal, refiere a las especies amoníaco +
amonio en la muestra (que se encuentran en equilibrio).
El parámetro nitrato, refiere a las especies nitratos + nitritos en la muestra.
En el Manual de procedimientos analíticos para muestras ambientales
(División Laboratorio Ambiental de DINAMA, 2017) se encuentran las
técnicas de referencia y los límites de detección y cuantificación.
Implementación de la Medida 1
Promulgada la resolución RM 966/013, en julio de 2013, que obligaba a las
industrias prioridad 1, a la presentación de los proyectos de ingeniería de
sistemas de remoción de nutrientes, se inició un proceso con tiempos muy
acotados, que contó con las siguientes etapas
1. Diseño del proyecto de ingeniería del sistema de remoción de
nutrientes, presentación a DINAMA para su aprobación.
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Introducción 3
2. Construcción de las obras relacionadas a los sistemas de remoción
de nutrientes, lo cual debió realizarse mientras la industria
continuaba funcionando, y por ende, generando efluentes.
3. Puesta en operación de toda la Planta de Tratamiento de Efluentes
(PTE), que implica la incorporación de los sistemas de remoción de
nutrientes, a las otras unidades de la PTE que estaban operando.
4. Operación de la PTE
Cada una de estas etapas presentaba dificultades e incertidumbres. Hasta
ese momento había pocas experiencias sobre el tratamiento para remoción
de nutrientes en efluentes industriales1 en el país; no se tenía certeza de
las condiciones de funcionamiento, las condiciones de su operación y
control, y las opciones para elegir uno u otro sistema de remoción.
Es importante destacar que, para remover nitrógeno y fósforo de los
efluentes, en la mayoría de los casos se requieren sistemas adicionales a
los que convencionalmente se utilizan. La remoción de nitrógeno se basa
en los procesos biológicos de nitrificación y desnitrificación; y la remoción
de fósforo se basa en la incorporación biológica y/o la precipitación
fisicoquímica con sales de aluminio y hierro, o cal.
1 Contaban con sistemas de remoción de nutrientes únicamente 4 industrias y 3 plantas de saneamiento de OSE
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Introducción 4
El diseño de los sistemas de remoción de nutrientes de estas industrias se
basó en Sistemas de Lodos Activados (SLA) y Reactores Batch
Secuenciales (SBR), ajustándose a las tecnologías que se utilizan
internacionalmente para el tratamiento de efluentes de estas
características, consistiendo en la tecnología más económica para la
remoción biológica de nitrógeno en las últimas décadas. (Metcalf and Eddy,
2003) (ATV-A 131, 2001) (Lackner, y otros, 2014) (Hreiz Rainier, 2015).
Cabe destacar que cumplir con la presentación del proyecto de ingeniería
ante DINAMA, consistió en un trabajo intenso para las industrias del sector,
profesionales competentes involucrados y técnicos de DINAMA, porque
con anterioridad a la definición del proyecto, los técnicos del sector tuvieron
que adquirir conocimientos sobre nuevos sistemas de tratamiento, definir
la entidad de las inversiones, y plantear además, sistemas de tratamiento
cuyas obras pudieran concretarse en el plazo establecido, y cuya
construcción se pudiera acompasar a la operación de la planta industrial
que seguiría trabajando y por ende generando efluentes.
En el estudio y análisis surgieron necesidades de trabajo que prolongaron
los tiempos asociados a la aprobación de los Proyectos de Ingeniería.
El estudio mismo de los proyectos consistió en un aprendizaje y una mejora
de los proyectos inicialmente planteados, aspecto que se logró mediante la
interacción e intercambio entre el sector industrial, los técnicos de DINAMA
y el invalorable aporte del Ing. Álvaro Carozzi, consultor contratado por
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Introducción 5
DINAMA, experto en remoción de nutrientes, que ha diseñado y operado
este tipo de sistemas en Alemania durante 30 años.
En relación con los aspectos constructivos, estos sistemas implican un salto
tanto en tecnología como en las inversiones en infraestructura y equipos en
comparación con los sistemas de tratamiento existentes en el país hasta el
2013; y en relación con su operación se requieren nuevos controles
operativos continuos y por ende personal técnico capacitado y asignado a
estas tareas.
Desde la primera etapa de diseño de los proyectos, se plantearon dudas
como las siguientes:
• ¿Cuáles son las configuraciones de tratamiento más adecuadas en
función de las características del efluente?
• ¿Cuáles son las ventajas y beneficios de una configuración u otra al
momento de tener que optar por una?
• ¿Cuáles son los requerimientos y las condiciones del
pretratamiento? ¿Cuál es el pre-tratamiento adecuado a someter a
los efluentes para lograr las características necesarias para el
ingreso a los SLA?
• ¿cómo incide en la elección el hecho que las plantas industriales
continuarán funcionando, y que ya cuentan con algunas unidades de
tratamiento construidas? ¿es posible y adecuado utilizar esas
unidades para los nuevos sistemas a implementar?
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Introducción 6
• ¿Cuáles son los valores a tomar para los parámetros de diseño?
¿cuáles son los parámetros específicos a considerar? ¿los valores y
rangos de referencia que propone la bibliografía son extrapolables a
las condiciones de nuestro país?
• ¿Es posible cumplir las exigencias de la normativa con este tipo de
tecnología? ¿Cuáles son los valores mínimos de nitrógeno y fósforo
que es posible alcanzar con esta tecnología?
• ¿cómo incidirá en los costos de operación?
A pesar de ello, cada una de las etapas mencionadas, se ejecutó en
tiempos extremadamente acotados. En términos generales, las industrias
finalizaron las obras según los proyectos diseñados y aprobados por
DINAMA en diciembre de 2015 – abril 2016, y el período de puesta en
operación fue entre abril y diciembre de 2016.
En el presente estudio se realiza un análisis comparativo de algunas
industrias durante el tiempo de operación en régimen, (esto implica en el
mejor de los casos desde enero de 2016 a junio 2018, y en los otros casos
desde enero 2017 a junio 2018), por lo tanto, el tiempo de operación
transcurrido, es un lapso muy pequeño como para evaluar el
comportamiento del sistema frente a diversas situaciones, como
variaciones de la producción, cambios de temperatura estacionales;
desperfectos en la PTE que obliguen a una operación transitoria distinta, o
paradas de mantenimiento que impliquen la operación en condiciones
distintas a la de diseño.
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Objetivos 7
Teniendo en cuenta que el tiempo de operación transcurrido no es
suficiente para contar con datos estadísticos y representativos, no es
adecuado ni conveniente, realizar conclusiones generales sobre la
conformidad de los sistemas de tratamientos implementados; por otra
parte, la concreción de las etapas de diseño, construcción y puesta en
operación ha permitido responder no pocas de las interrogantes que se
tenían al inicio del proceso.
Objetivos
El objetivo general del presente documento consiste en generar
información a partir de la experiencia adquirida en el país, respecto al
diseño de estos sistemas de tratamiento y a los valores de los parámetros
de diseño y de operación a tomar como referencia, de manera que ayude
a la toma de una decisión racional a la hora de definir el sistema a
implementar en una planta industrial.
A tales efectos, se realiza un relevamiento de los proyectos de ingeniería
de Plantas de Tratamiento de Efluentes que cuentan con remoción de
nutrientes, en función de los distintos factores que inciden (ramo industrial,
cargas contaminantes que se generan y se deben tratar, etc); y se plantea
una metodología para comparar el diseño de estos sistemas de tratamiento,
en particular los parámetros de diseño.
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Objetivos 8
Se entiende que la situación es muy favorable para realizar un
relevamiento, dado el espectro de industrias y efluentes de distintas
características, contando con una muestra representativa de diversas
situaciones. Se dio en Uruguay un proceso de características difícilmente
replicables, más de 10 industrias de alto porte debieron, diseñar y presentar
ante DINAMA, de manera simultánea, los respectivos proyectos de
ingeniería para remoción de nutrientes. Se cuenta entonces con un amplio
espectro de situaciones para analizar, con sectores industriales típicos de
Uruguay, y cuyo nivel de actividad es alto en relación a otras industrias del
país. Se analizan en la presente tesis: 3 frigoríficos, 1 maltería y 1 industria
láctea.
Al presente las industrias relevadas están operando en régimen y
funcionando según las condiciones y capacidad para la cual fueron
diseñadas, lo cual consiste, -en una primera aproximación-, en una
validación de las condiciones previstas en el diseño.
El objetivo mencionado, tiene las siguientes componentes:
a) Evaluar los sistemas de remoción de nutrientes implementados, en
cuanto a su aptitud para cumplir con los requerimientos (alcanzar
valores más estrictos de nitrógeno y fósforo en el efluente vertido),
en función de los resultados obtenidos, recabados hasta el
momento.
b) Evaluar y comparar las distintas configuraciones de tratamiento de
sistemas de remoción de nutrientes, y comparar ventajas y
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Objetivos 9
desventajas, en función de: las características del efluente; el sector
industrial que lo origina; las cargas del efluente de entrada de
materia orgánica, nitrógeno y fósforo, y la presencia de otros
contaminantes, (por ejemplo aceites y grasas y sólidos
suspendidos), que puedan afectar el desempeño de los sistemas de
remoción de nutrientes; y por último, evaluar la configuración, en
función del sistema de tratamiento con el que ya contaba la industria,
que en ciertos casos fue un factor determinante la adaptación de
unidades ya existentes para la elección de determinada
configuración del SLA.
c) Evaluar los valores de los parámetros de diseño, para los cuales se
proyectaron los sistemas de remoción de nutrientes y si estos son
adecuados en función de las condiciones de operación; de manera
que la información empírica pueda retro-alimentar a los valores de
diseño y dimensionamiento utilizados.
d) Evaluar la aptitud de los sistemas de pretratamiento: identificar y
comparar las condiciones que ha de cumplir el pretratamiento y sus
ventajas o desventajas operativas, en función del efluente que
ingresa, y los requerimientos del efluente de salida para el
tratamiento posterior en el SLA.
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Nutrientes 10
CAPÍTULO 2 – Fundamento teórico
Nutrientes
2.1.1 Especies de nitrógeno
El ciclo del nitrógeno en la naturaleza es ampliamente conocido, y a la vez
continuamente novedoso a medida que la ciencia profundiza en las
relaciones biológicas y abióticas.
En el presente documento se analiza el nitrógeno en aguas residuales
industriales, sus transformaciones en los sistemas de tratamiento y luego
de vertido, en los cuerpos de agua receptores. En efluentes industriales, el
nitrógeno puede encontrarse, dependiendo del proceso que genere esos
líquidos y de las condiciones del medio, en algunas de las siguientes
formas: nitrógeno orgánico (Norg), amoníaco (NH3) (en equilibrio con el ion
amonio NH4+), nitrato (NO3
-) y nitrito (NO2 -) (Carozzi, 1991).
Considerando los sectores industriales predominantes en nuestro país, de
características agroindustriales: cárnico, lácteo, curtiembres, cervecería,
lavadero de lanas, etc, el nitrógeno se encuentra en estos efluentes
predominantemente en forma orgánica (Norg), como componente de las
proteínas, aminoácidos y urea; y en forma inorgánica como amonio
(Carozzi, 2016).
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Nutrientes 11
Respecto al nitrógeno orgánico presente en los efluentes, este se
encuentra como soluble o particulado. La porción particulada soluble, se
degradará más lentamente, porque previamente se requiere una hidrólisis.
El amonio está fácilmente disponible para la degradación bacteriana. El
camino metabólico más común es el siguiente Norg → NH4+ → NO2
− → NO3−.
Además, algo de este nitrógeno degradado es incorporado nuevamente en
la biomasa (asimilación).
A los efectos de los balances de masa para el nitrógeno, es necesario
definir las siguientes relaciones:
El nitrógeno amoniacal es: 𝑁𝑎𝑚𝑜𝑛𝑖𝑎𝑐𝑎𝑙 = 𝑁𝐻3_𝑁 + 𝑁𝐻4+_𝑁
El nitrógeno inorgánico es: 𝑁𝑖𝑛𝑜𝑟𝑔 = 𝑁𝐻4+_𝑁 + 𝑁𝑂2
−_𝑁 + 𝑁𝑂3−_𝑁
El nitrógeno Kjeldahl es: 𝑁𝐾𝑇 = 𝑁𝑜𝑟𝑔 + 𝑁𝑎𝑚𝑜𝑛𝑖𝑎𝑐𝑎𝑙
El nitrógeno total es: 𝑁𝑡𝑜𝑡 = 𝑁𝑜𝑟𝑔 + 𝑁𝑖𝑛𝑜𝑟𝑔
𝑁𝑡𝑜𝑡 = 𝑁𝑜𝑟𝑔 + 𝑁𝑎𝑚𝑜𝑛𝑖𝑎𝑐𝑎𝑙 + 𝑁𝑂2−_𝑁 + 𝑁𝑂3
−_𝑁
𝑁𝑡𝑜𝑡 = 𝑁𝐾𝑇 + 𝑁𝑂2−_𝑁 + 𝑁𝑂3
−_𝑁
Cabe destacar que, a lo largo de todo el documento, cuando se hace
referencia a la concentración de alguna especie de nitrógeno, se refiere al
contenido de nitrógeno en dicha especie (y no a la concentración total de
la especie).
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Nutrientes 12
2.1.2 Especies de fósforo
Las especies principales que pueden contener los efluentes son: fósforo
orgánico, polifosfatos y ortofosfatos. El fósforo orgánico, (enlaces P-O-P),
se encuentra en las paredes celulares, en los pesticidas organofosforados
y en los plastificantes que contienen fosforamidas y fosfoésteres. Los
polifosfatos (enlaces P-O-C), proceden de compuestos inorgánicos como
detergentes y suavizantes (Carozzi, 2016).
Los ortofosfatos corresponden a: 𝐻3𝑃𝑂4 , 𝐻2𝑃𝑂4− , 𝐻𝑃𝑂4
−2 , 𝑃𝑂4−3. Los
polifosfatos se convierten fácilmente en ortofosfatos mediante hidrólisis
ácida; el fósforo orgánico se convierte en fosfato mediante digestión
(Carozzi, 2016).
En lo que refiere al balance de masa de fósforo, se tiene las siguientes
relaciones:
𝑃𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑃𝑜𝑟𝑔á𝑛𝑖𝑐𝑜 + 𝑃𝑖𝑛𝑜𝑟𝑔á𝑛𝑖𝑐𝑜 =
𝑃𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑃𝑜𝑟𝑔á𝑛𝑖𝑐𝑜 + 𝑝𝑜𝑙𝑖𝑓𝑜𝑠𝑓𝑎𝑡𝑜𝑠 + 𝑜𝑟𝑡𝑜𝑓𝑜𝑠𝑓𝑎𝑡𝑜𝑠 =
Cabe destacar que, a lo largo de todo el documento, cuando se hace
referencia a la concentración de alguna especie de fósforo, se refiere al
contenido de fósforo en dicha especie (y no a la concentración total de la
especie).
La especie que se toma como referencia en el efluente es el fósforo total.
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Remoción biológica de nitrógeno 13
Remoción biológica de nitrógeno
Las tecnologías más difundidas se desarrollaron a partir de la aplicación de
dos procesos biológicos: nitrificación y desnitrificación (N/D). Estas
tecnologías consisten en el uso de Sistemas de Lodos Activados (Carozzi,
2016).
Si bien existen otras tecnologías como por ejemplo eliminación de nitrógeno
por desorción de amoníaco mediante stripping por aire o vapor,
desnitritación anaeróbica (vía anammox), intercambio iónico o breakpoint
chlorination, estas tienen por el momento escasa difusión y/o usos
limitados, ya que deben cumplirse condiciones específicas para poder
aplicarse, y dependiendo el caso un alto costo de operación (Carozzi,
2016). Estos procesos se encuentran en desarrollo técnico y científico
(Metcalf and Eddy, 2003, pág. 616). Según (EPA, 1993), para efluentes de
cargas de nitrógeno moderadas, las tecnologías más económicas para la
remoción biológica de nitrógeno, son los SLA; (Lackner, y otros, 2014)
indica que los SLA es la tecnología que se ha desarrollado de forma más
exitosa.
2.2.1 Proceso de nitrificación aeróbica
El desarrollo a continuación se tomó básicamente de (Metcalf and Eddy,
2003), capítulo 7.9. La nitrificación aeróbica consiste en un proceso
microbiológico de dos etapas, en el cual el amonio se oxida a nitrito y éste
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Remoción biológica de nitrógeno 14
a nitrato. El aceptor de electrones es el O2 lo que implica que este proceso
debe realizarse en un medio aerobio.
La nitrificación puede realizarse en sistemas biológicos de biomasa
suspendida o adherida, el desarrollo para efluentes industriales es
principalmente en los primeros. Para el tratamiento con biomasa
suspendida, el desarrollo más común consiste en la nitrificación en conjunto
con la degradación de materia orgánica, en reactores de barros activados
de una etapa (Metcalf and Eddy, 2003, pág. 611).
Microbiología de la nitrificación
Como se mencionó la nitrificación es un proceso microbiológico en dos
etapas. En la primera etapa, un grupo de bacterias autótrofas oxida el
amonio a nitrito (nitritación), y en la segunda etapa, otro grupo de bacterias
autótrofas oxida el nitrito a nitrato (nitratación).
A los efectos de este documento se denominará AOB al grupo de bacterias
responsables de la oxidación del amonio, y NOB al grupo de bacterias
responsables de la oxidación de nitrito.
En resumen:
AOB – oxidantes de amonio – etapa de nitritación
NOB – oxidantes de nitrito – etapa de nitratación
ambos grupos de bacterias nitrificantes (responsables de la
nitrificación) son:
___________________________________________________________
Remoción biológica de nitrógeno 15
Autótrofos: porque para la síntesis celular utilizan CO2 como fuente de
carbono; y
Aerobios: utilizan O2 como aceptor de electrones, a partir de la reacción de
oxidación generan energía
Estequiometria de la nitrificación
A continuación, se describe la reacción conjunta de oxidación del nitrógeno-
reducción de oxígeno, para cada etapa:
Nitritación: 2 𝑁𝐻4+ + 3O 2 → 2𝑁𝑂2
− + 4𝐻+ + 2 𝐻2𝑂 Ec ( 1)
Nitratación: 2𝑁𝑂2−+ O 2 → 2𝑁𝑂3
− Ec ( 2)
Reacción conjunta de catabolismo:
𝑁𝐻4+ + 2𝑂2 → 𝑁𝑂3
− + 2𝐻+ + 𝐻2𝑂 Ec ( 3)
En base a la reacción de catabolismo, se observa que se requiere 4,57 g
O2/ g N oxidado.
Sin embargo, también, debe tenerse en cuenta, la síntesis celular que
ocurre concomitantemente como parte del proceso biológico, en el cual
parte del nitrógeno del efluente, es incorporado en la biomasa, utilizando
como fuente de energía la liberada en las reacciones de oxidación:
___________________________________________________________
Remoción biológica de nitrógeno 16
Reacción de anabolismo:
4𝐶𝑂2 + 𝐻𝐶𝑂3− + 𝑁𝐻4
+ + 𝐻2𝑂 + 𝑜𝑡𝑟𝑜𝑠 𝑛𝑢𝑡𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠
→ 𝐶5𝐻7𝑂2𝑁 + 5𝑂2 + 𝑜𝑡𝑟𝑜𝑠 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑠 Ec ( 4)
La fórmula 𝐶5𝐻7𝑂2𝑁, se utiliza para representar la biomasa sintetizada. Es
oportuno resaltar que a partir de la misma, la relación estequiométrica del
contenido de nitrógeno en la biomasa, es de 0,12 g nitrógeno/ g biomasa.
La fracción de amonio que se utiliza para la síntesis celular, respecto a la
fracción que se utiliza para la generación de energía, es sugerida por
(Metcalf and Eddy, 2003), como un 5% (f=0,05).
Por lo tanto, pueden sumarse las semi-reacciones de: asimilación
bacteriana + oxidación del amonio a nitrato + reducción del oxígeno a agua.
Incorporando el factor mencionado f=0,05 (5%) para la asimilación
bacteriana Ec ( 4), y un factor de 95% (f=0,95) para la oxidación-reducción
Ec ( 3), por lo que se tiene la siguiente reacción conjunta:
𝑁𝐻4+ + 1,863𝑂2 + 0,098𝐶𝑂2 →
0,0196 𝐶5𝐻7𝑂2𝑁 + 0,98 𝑁𝑂3− + 0,094𝐻2𝑂 + 1,98 𝐻+
Ec ( 5)
En conclusión, para degradar (oxidar + asimilar) un g de NH4-N:
o Se requiere 4,25 g de oxígeno
o Se forman 0,16 g de biomasa
o Se consume 7,07 g de alcalinidad
o 0,08 g de carbono inorgánico se utilizan para la formación celular
___________________________________________________________
Remoción biológica de nitrógeno 17
o En la biomasa se incorpora aproximadamente el 2% del nitrógeno
originalmente presente en el amonio.
Se observa que, dado que parte del nitrógeno se utiliza para la síntesis, el
consumo de oxígeno (4,25 g O2/g N oxidado) es menor que el teórico
calculado únicamente para la oxidación (4,57 g O2/g N oxidado).
Estos valores dependen del factor f supuesto, cabe destacar que en
(Metcalf and Eddy, 2003) se citan valores experimentales obtenidos por
otros autores de 4,33 g O2/g N oxidado. Lo que demuestra que la proporción
f supuesta entre el amonio que se asimila y el que se respira es adecuada.
En resumen, consumo de oxígeno 4,33 g O2/g N oxidado; con: 3,22 g O2
para la oxidación del amonio, 1,11 g O2 para la oxidación del nitrito.
Por otro lado, las nitrificantes requieren para el crecimiento celular: CO2 y
fósforo. El contenido de CO2 en el aire es suficiente, y el fósforo rara vez
es reactivo limitante.
Cinética de crecimiento
Se ha determinado que, a temperaturas menores de 28°C, la oxidación de
amonio es la etapa limitante en la nitrificación, en otras palabras, la cinética
de reacción está comandada por las AOB. A temperaturas mayores de
28°C, cambian las cinéticas relativas de nitritación y nitratación, y deben
tenerse en cuenta ambas semi-reacciones en la cinética de la reacción
___________________________________________________________
Remoción biológica de nitrógeno 18
conjunta: las bacterias NOB enlentecen su crecimiento, y por lo tanto la
cinética conjunta no está solo comandada por el crecimiento de las AOB.
Por lo tanto, a temperaturas menores a 28°C, el proceso global de
nitrificación bacteriana se puede representar según la ecuación de
Michaelis-Menten (Metcalf and Eddy, 2003):
𝜇𝑁 = 𝜇𝑚𝑎𝑥 .𝑁
𝐾𝑁+𝑁− 𝐾𝑑
𝜇𝑁 tasa neta de crecimiento para bacterias nitrificantes; [g células
nuevas, SSV /(g células totales SSV).d]
𝜇𝑚𝑎𝑥 tasa máxima de crecimiento de bacterias nitrificantes; [g SSV /g
SSV.d]
𝐾𝑁 constante de saturación; [g/m3]
𝐾𝑑 coeficiente de decaimiento para bacterias nitrificantes; [g/m3]
N NH4-N, concentración nitrógeno amoniacal como nitrógeno [g/m3]
𝜇𝑚𝑎𝑥 toma valores en un amplio rango; a 20°C se han reportado valores
entre 0,25 a 0,77 g SSV/g SSV.d (Metcalf and Eddy, 2003). En
comparación con las tasas máximas de crecimiento de bacterias
consumidoras de carbono, se observa que las bacterias nitrificantes
autótrofas, crecen mucho más lentamente que las heterótrofas
consumidoras de carbono, y por tal motivo, deben preverse SRT
mayores en los procesos de lodos activados.
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Remoción biológica de nitrógeno 19
A partir de la tasa de crecimiento máxima para las AOB (dado que la
nitritación es la etapa que regula la cinética del proceso de nitrificación a
temperaturas menores de 28°C), se deduce la edad celular mínima para el
desarrollo de las mismas:
𝜃𝑐 𝑚í𝑛𝑖𝑚𝑜 =1
𝜇𝑚á𝑥
La Guía técnica (ATV-A 131, 2001) plantea el cálculo de la edad celular
mínima:
𝜇𝑚á𝑥 = 0,47 𝑥 1,103(𝑇−15)
𝜃𝑐 𝑚í𝑛𝑖𝑚𝑜 = (𝐹𝑆1)1
0,47 𝑥 1,103(𝑇−15) = 1,6 𝑥 2,13 𝑥 1,103(15−𝑇) (𝑑í𝑎𝑠)
FS1, es un factor de seguridad y se le asigna un valor de 1,6.
A partir de la expresión anterior, se observa que, a 15°C se requiere una
edad de lodos mínima de 3,4 días para que crezcan las bacterias
nitrificantes; para valores menores, las bacterias son extraídas del sistema
más rápidamente de lo que se reproducen, en otras palabras son “lavadas”
del sistema.
Estos valores concuerdan con los sugeridos por (Metcalf and Eddy, 2003),
que indica como valores típicos de diseño, necesarios para nitrificación de
10 a 20 días a 10°C y 4 a 7 días a 20°C.
Cabe señalar que la cinética del proceso de nitrificación está influida por la
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Remoción biológica de nitrógeno 20
concentración de oxígeno del líquido. La ecuación de Michaelis-Menten es
válida hasta una concentración de OD de 3-4 mg/L; para concentraciones
mayores de oxígeno debe incorporarse un factor de corrección variable con
la concentración de oxígeno.
Además, en este rango de concentración de OD (hasta 3-4 mg/L), la carga
orgánica del sistema afecta la concentración de oxígeno disponible para la
nitrificación. A priori, podría decirse que mayor concentración de OD en el
líquido, entonces mayor velocidad de nitrificación. Sin embargo, esto ocurre
solo cuando la carga orgánica (sustrato) del sistema es baja o moderada;
porque no solo debe tenerse en cuenta la concentración de OD en el
líquido, sino la que realmente está disponible para las bacterias
nitrificantes, y este factor está influido por la carga orgánica del sistema, y
la densidad y tamaño del lodo. Las bacterias nitrificantes se distribuyen
dentro de un flóculo (de tamaño 100 a 400 micras), conteniendo bacterias
heterótrofas y otros sólidos. El oxígeno difunde en la partícula, y las que se
encuentran más en el interior, están expuestas a menores concentraciones
de OD que las que están en la superficie. En particular cuando la carga
orgánica del sistema es alta, el oxígeno del líquido es consumido
principalmente por las de la superficie y en el interior del flóculo hay menor
concentración. En consecuencia, para cargas orgánicas altas, el líquido
debe tener una concentración de OD mayor para tener la misma tasa de
nitrificación que a cargas orgánicas bajas.
___________________________________________________________
Remoción biológica de nitrógeno 21
Por otra parte, a valores bajos, OD < 0,5 mg/L, las bacterias nitrificantes se
inhiben. Es importante destacar que las bacterias oxidantes de nitrito (NOB)
se inhiben en mayor proporción que las oxidantes de amonio (AOB), por lo
que en condiciones de OD levemente superiores a 0,5 mg/L, se da
acumulación de nitrito.
A los efectos de contar con valores de referencia, en sistemas de lodos
activados de mezcla completa, en régimen y aclimatados, a temperatura
menor que 25°C, con suficiente OD para que ocurra el proceso de
nitrificación de manera sostenida, la concentración de NO2-N en el reactor
podría ser menor a 0,10 mg/L, en comparación con NH4-N de 0,5 a 1,0 mg/L
(Metcalf and Eddy, 2003).
Factores ambientales
Las bacterias nitrificantes son muy sensibles a las variaciones de los
factores ambientales, en comparación con las heterótrofas consumidoras
de carbono; en particular pH, amoníaco, temperatura, metales y sustancias
tóxicas.
Temperatura: los rangos adecuados se encuentran entre 15 a 37°C, por
encima de 40°C las bacterias nitrificantes no tienen actividad; a menores
temperatura se tiene menor velocidad de reacción, y consecuentemente
menor velocidad de eliminación de amonio (Metcalf and Eddy, 2003).
pH: el rango óptimo se encuentra entre 7,5 y 8,0, por fuera de ese rango,
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Remoción biológica de nitrógeno 22
las tasas de nitrificación disminuyen. Con el fin de mantener el pH en el
rango adecuado, se agrega alcalinidad mediante añadido de cenizas de
soda, cal, bicarbonato de sodio u óxido de magnesio.
Amoníaco y ácido nitroso no ionizado: la nitrificación es inhibida tanto por
amoníaco libre, como por ácido nitroso. La inhibición depende de la
concentración total de nitrógeno, y es muy variable con los demás factores
ambientales y la aclimatación de los lodos. Por ej., en (EPA 1993), se ha
reportado a pH 7, valores de nitrógeno amoniacal de 100 mg/L pueden
causar inhibición de la nitritación; y de 30 mg/L inhibición de la nitratación.
Sustancias tóxicas: las bacterias nitrificantes presentan toxicidad frente a
un gran número de compuestos orgánicos e inorgánicos, en un amplio
rango de concentraciones. En muchos casos el efecto es de inhibición
reversible, sin matar a las bacterias, pero disminuyendo la velocidad de
nitrificación.
Metales: se han reportado inhibición completa de nitrificación para valores
de Ni= 0,25 mg/L, Cr=0,25 mg/L y Ni=0,10 mg/L, (Metcalf and Eddy, 2003).
2.2.2 Desnitrificación anóxica
El proceso de desnitrificación consiste en la reducción de las especies de
nitrato a nitrógeno molecular.
NO3− → NO2
− → NO → 𝑁2O → 𝑁2
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Remoción biológica de nitrógeno 23
Microbiología de la desnitrificación anóxica
La desnitrificación biológica puede ser realizada por una gran variedad de
bacterias; no se ha encontrado que otros microorganismos como algas u
hongos puedan realizar la desnitrificación. Dentro de las bacterias
desnitrificantes, se han hallado especies autótrofas y heterótrofas. Si bien
hay especies autótrofas que en determinadas condiciones pueden realizar
la desnitrificación; y por otra parte hay bacterias nitrificantes que también
en condiciones específicas pueden realizar la desnitrificación (sistema
Anammox), en las condiciones ambientales de los sistemas de tratamiento
de lodos activados, las bacterias desnitrificantes que se desarrollan y
prevalecen, son heterótrofas; así mismo la remoción de nitrógeno se da
mediante el proceso de desnitrificación en medio anóxico. La mayoría de
estas bacterias son facultativas, es decir pueden utilizar oxígeno o nitrato o
nitrito, incluso pueden realizar fermentación, en ausencia de estos
compuestos.
En resumen, las bacterias que realizan la desnitrificación son:
Heterótrofas: porque utilizan distintos sustratos de materia orgánica como
fuente de carbono; y
Anóxicas: utilizan los iones de nitratos como aceptores de electrones (en
vez del oxígeno); a partir de la reacción de oxidación de materia orgánica
generan energía.
___________________________________________________________
Remoción biológica de nitrógeno 24
Requerimientos de materia orgánica
Para que ocurra el proceso de reducción del nitrato, debe haber suficiente
materia orgánica en el medio. Metcalf cita a (Barth et al, 1968), que como
regla general estimaron que se requiere 4 g DBO5/ g NO-3 a reducir. Si bien
el valor real puede variar dependiendo del donante de electrones (materia
orgánica) y las condiciones de operación, a los efectos del diseño de los
sistemas de tratamiento, es aceptable tomar este valor de referencia y
afectarlo por un factor de seguridad.
Estequiometria de la desnitrificación biológica
En el tratamiento de efluentes, puede haber tres fuentes de materia
orgánica:
a) la materia orgánica biodegradable del influente
b) la materia orgánica biodegradable que se genera debido al
decaimiento endógeno.
c) una fuente externa de materia orgánica fácilmente degradable
(como ser metanol, acetato, etanol).
Para representar la materia orgánica biodegradable se utiliza la
expresión: C10H19O3N (US EPA 1993), obteniéndose la siguiente ecuación
para la reacción conjunta de oxidación-reducción:
C10H19O3N + 10𝑁𝑂3− → 5N2 + 10 CO2 + 3H2O + NH3 + 10 OH−
Ec ( 6)
___________________________________________________________
Remoción biológica de nitrógeno 25
Parte de la materia orgánica se utiliza como fuente de energía, la cual se
obtiene a partir de la reducción del nitrato y oxidación de materia orgánica,
(reacciones de catabolismo), y parte como fuente de carbono (anabolismo).
La ecuación anterior, representa las reacciones del catabolismo.
A partir de la Ec ( 6), se deducen las siguientes relaciones, cuyos valores
exactos dependen de la expresión tipo utilizada, (𝐶10𝐻19𝑂3𝑁), sin embargo
los conceptos son generales y no dependen de la expresión de molécula
de materia orgánica que se utilice:
Por cada g de NO-3 reducido:
o se produce 3,54 g de alcalinidad como CaCO3; a diferencia de la
nitrificación, en la cual se consumían 7,07 g de alcalinidad/g NH4-N
oxidado. Por lo tanto en la desnitrificación se recupera la mitad de la
alcalinidad que se perdió en la nitrificación
o se produce un mol de OH-, es decir aumenta el pH; a diferencia de la
nitrificación que disminuye.
Desprendimiento de oxígeno (equivalente de oxígeno)
En relación con el oxígeno, a partir de la semi-reacción de reducción de
nitrato
NO3− +
1
2H2O →
1
2N2 +
5
4 O2 + OH−
Ec ( 7)
Se deduce que se liberan 2,86 g de oxígeno por g de NO-3 desnitrificado;
___________________________________________________________
Remoción biológica de nitrógeno 26
en otras palabras, se recupera parte del oxígeno consumido en la etapa
anterior de nitrificación.
Cinética de crecimiento:
La expresión para la cinética de la desnitrificación es análoga a la de las
bacterias heterótrofas aerobias: tanto el crecimiento bacteriano, como la
tasa de consumo de sustrato (materia orgánica), siguen la ecuación de
Michaelis-Menten.
Al igual que para las bacterias heterótrofas aerobias, para las
desnitrificantes la velocidad de consumo de sustrato, está gobernada por
la concentración de sustrato (materia orgánica) en el medio; con la
diferencia que el nitrato es el aceptor de electrones, en vez del oxígeno.
Por tal motivo, el decrecimiento de nitrato está en función de su consumo
como aceptor de electrones, y es por eso que la velocidad de consumo de
nitrato es proporcional a la velocidad de consumo de materia orgánica. La
concentración de nitrato no controla la tasa de consumo de materia
orgánica, salvo a concentraciones de nitrato muy bajas (menores a 0,1
mg/L) (Metcalf and Eddy, 2003).
Factores ambientales:
En la desnitrificación se genera alcalinidad y se aumenta el pH. Las
bacterias desnitrificantes no son tan sensibles como las nitrificantes, en lo
que refiere a los cambios de pH (Metcalf and Eddy, 2003).
___________________________________________________________
Remoción de fósforo 27
Remoción de fósforo
2.3.1 Remoción biológica de fósforo
Desde los años 1980 se han desarrollado los procesos de remoción
biológica de fósforo. Las principales ventajas frente a la remoción química
son la menor producción de barro y menores costos de operación frente al
uso de productos químicos.
Descripción del proceso
El fósforo del influente es incorporado en mayor cantidad en la biomasa, la
cual se extrae del sistema mediante la purga de barros. Contenido de
fósforo en lodos secundarios (EPA, 1987):
Sin remoción biológica de P: 1,5 a 2 % (kg P/kg SST)
Con remoción biológica de P: 3 a 4 % (hasta 7,5) (kg P/kg SST)
Ciertos organismos, a los cuáles se los denomina “PAO” Phosphorus
Accumulating Organisms, bajo condiciones determinadas pueden
incorporar mayores cantidades de fósforo que los microrganismos
habituales. En condiciones anaeróbicas, las bacterias heterótrofas
consumen la materia orgánica fácilmente biodegradable produciendo
acetato, las “PAO” tienen la propiedad de tomar el acetato del medio a partir
de energía acumulada en polifosfatos, y lo convierten en Polihidroxibutirato
(PHB), liberando el ortofosfato al medio líquido (es decir aumenta la
concentración de fósforo en el licor). En condiciones aeróbicas liberan el
___________________________________________________________
Remoción de fósforo 28
PHB y absorben fósforo; además hay un crecimiento celular, generando
barro. Cuando estos procesos se realizan de manera cíclica, sometiendo a
las PAO a condiciones anaeróbicas y aeróbicas repetidamente, se da una
incorporación aumentada de fósforo en los barros.
En la Figura 1, se muestra como varía la concentración de DBO5 y fósforo,
en el líquido de sistemas sometidos alternada y cíclicamente a condiciones
anaeróbicas y aeróbicas. En el reactor anaerobio se pueden encontrar
valores de ortofosfato de 40 mg/L, en comparación con concentraciones de
fósforo en el influente de 5 – 8 mg/L (Metcalf and Eddy, 2003).
Figura 1: Concentración de DBO5 y fósforo en el efluente sometido a condiciones anaerobias/aerobias. Adaptado de (Metcalf and Eddy, 2003).
Cinética de crecimiento
Se cuenta con datos experimentales, que demuestran que con sistemas
anaeróbicos/aeróbicos con SRT mayores que 2,5 días a 20°C, se logra
remoción biológica de fósforo (Metcalf and Eddy, 2003).
Tiempo de contacto anaeróbico: Se requieren tiempos de retención
hidráulicos entre 0,25 y 1 hora, hasta 3 horas (Metcalf and Eddy, 2003); si
___________________________________________________________
Remoción de fósforo 29
fueran mayores, puede haber una segunda re-disolución del fósforo (la
primera responde a la formación de PHB), pero esta segunda re-disolución
no está asociada al proceso de tomar acetato y formar PHB, y al no
formarse PHB, no se tendrán las previsiones de energía para el consumo
y almacenamiento de fósforo.
Tiempo de retención de sólidos: los tratamientos biológicos con SRT
mayores, tienen menores eficiencias desde el punto de vista de la remoción
de fósforo. Este aspecto puede explicarse por dos razones, la primera que
SRT largos implica la producción de menores cantidades de barro, y por
tanto menores cantidades de fósforo removido; la segunda, que SRT largos
implica menores purgas del sistema, y la remoción de fósforo biológico se
realiza exclusivamente por la purga. (Metcalf and Eddy, 2003).
Estequiometria
En función de lo descrito, cuanto mayor es la materia orgánica degradable
que ingrese al reactor anaerobio, mayor será la cantidad de acetato
producido, por tanto, mayor será la cantidad de acetato consumido por las
PAO, y mayor será la cantidad de barros producidos y en consecuencia,
mayor la cantidad de fósforo que se remueve.
Se utilizan las siguientes suposiciones: las células contienen 0,3 g de
fósforo/g SSV (3%); y se requieren 10 g de DQO biodegradable para
remover biológicamente 1 g de fósforo (Metcalf and Eddy, 2003).
___________________________________________________________
Remoción de fósforo 30
Factores ambientales
- La concentración de OD debe ser mayor a 1,0 mg/L en la zona aeróbica.
- No debe ingresar oxígeno disuelto o nitratos al reactor anaerobio, ya
que estos reaccionarían preferentemente con el acetato.
- Los valores de pH deben ser mayores a 6,5 para no afectar la eficiencia
de remoción de fósforo.
- Para el almacenamiento de polifosfatos, se requiere una cantidad
suficiente de cationes: Mg, K, Ca. Tomando como referencia, una
concentración de fósforo de 10 mg/L en el líquido (P disuelto), dichos
cationes deben estar presentes, en las siguientes concentraciones
mínimas: Mg= 5,6 mg/L, K= 6,3 mg/L y Ca= 3,2 mg/L. En general los
efluentes municipales tienen estos metales en contenidos suficientes,
pero debe prestarse atención en el caso de efluentes industriales
(Metcalf and Eddy, 2003).
Otro aspecto importante es la deshidratación y tratamiento posterior de los
lodos, dado que contienen mayor concentración de fósforo, la cual es
posible que se re disuelva cuando el tratamiento de los barros ocurre en
condiciones anaerobias. Para estos casos debe prestarse atención en la
carga de fósforo que contiene el lixiviado, y que su recirculación al sistema
de tratamiento implica re-ingresar fósforo que había sido previamente
retirado. Por tal motivo, se recomienda para el espesado de estos barros,
unidades DAF, filtros de banda o de tambor rotatorio, en vez de
___________________________________________________________
Remoción de fósforo 31
espesadores gravimétricos (donde se pueden dar condiciones
anaeróbicas). Para el caso de digestión (tanto aeróbica como anaeróbica),
si bien también se esperaría la re-disolución del fósforo, no se ha observado
empíricamente que ocurra en proporciones como las esperadas (Metcalf
and Eddy, 2003).
En condiciones propicias, como suficiente materia orgánica biodegradable,
SRT adecuados y sin interferencias de nitratos, con la remoción biológica
de fósforo, se puede alcanzar en el efluente final, valores tan bajos como
0,2 – 0,3 mg/L de fósforo disuelto (Metcalf and Eddy, 2003).
Es primordial maximizar la eficiencia del sedimentador secundario, cuando
los límites de fósforo a verter son bajos. Cabe considerar que los lodos
procedentes de remoción biológica de fósforo pueden tener entre 3 y 7%
de fósforo, por lo tanto, cada 10 mg/L de SST que tenga el efluente,
entonces se estarán incorporando 0,3 – 0,7 mg/L de fósforo, valores
significativos si el límite de fósforo se encuentra por debajo de 1 mg/L.
Cuando se diseña el sistema para realizar remoción biológica de fósforo,
en general, igual se realiza agregado de sales para remoción fisicoquímica,
a los efectos ya sea de un pulido, o de tener capacidad adicional frente a
variaciones en la materia orgánica degradable que ingresa.
___________________________________________________________
Remoción de fósforo 32
2.3.2 Remoción físicoquímica de fósforo
La remoción fisicoquímica consiste en la precipitación de fosfato mediante
el agregado de sales de metales multivalentes Fe+3, Al+3 o de Ca+2, para
formar las sales de fosfatos que son insolubles.
El Ca+2 se agrega mediante cal, Ca(OH)2; la química de precipitación con
cal es distinta a la precipitación con sales de hierro o aluminio.
Precipitación de fosfatos con cal
La cal reacciona con la alcalinidad natural del efluente, de manera que
aumenta el pH a valores mayores a 10, y por lo tanto precipita CaCO3; iones
de calcio adicionales precipitan con fosfato. La dosis de cal a agregar no
depende de la cantidad de fosfato, sino que de la alcalinidad del efluente.
Considerando que este método no se ha utilizado en ninguna de las 12
industrias que reconvirtieron sus efluentes de la Cuenca Santa Lucía, no se
profundizará en este documento.
Precipitación de fosfato con sales de aluminio y hierro
La reacción básica que envuelve la precipitación de fosfato es la siguiente:
𝑀𝑒+3 + 𝐻𝑛𝑃𝑂43−𝑛 = 𝑀𝑒𝑃𝑂4 + 𝑛𝐻+
Las sales que se utilizan son sulfato de aluminio, aluminato de sodio;
cloruro férrico, cloruro ferroso, sulfato ferroso. Sin embargo, el uso de Fe+2
es limitado porque requiere pH elevados para una eficiencia adecuada.
___________________________________________________________
Remoción de fósforo 33
El pH para el cual se tiene mayor insolubilidad de la sal de fosfato es 5,3
para Fe+3, y 6,5 para Al+3, sin embargo, se han observado buenos
rendimientos para pH entre 6,5 y 7,0, rango en el que ocurre el tratamiento
biológico.
Por otra parte, en el seno del efluente, se dan una variedad de reacciones
competitivas, donde intervienen factores como pH, alcalinidad, presencia
de otros contaminantes y ligandos, por lo tanto para la determinación de la
cantidad de aluminio o hierro a agregar, deben preverse cantidades
mayores que las estequiométricas. Dicha dosis también está afectada por
el punto de agregado del metal, como se explica más adelante.
Los sistemas con remoción de fósforo mediante agregado de sales pueden
alcanzar valores de 1,0 mg/L de fósforo con el uso de sedimentadores
secundarios convencionales, siempre que se aseguren valores de SST <
15 mg/L en el clarificado. Para alcanzar valores de 0,5 mg/L de manera
consistente, se requiere una etapa de filtración del efluente posterior al
sedimentador secundario (EPA, 1987).
Las sales de aluminio y hierro pueden ser aplicadas en varios puntos en el
sistema de tratamiento.
Pre-precipitación: la adición de químicos se da en el sedimentador primario.
Los ortofosfatos precipitan; en cambio, los polifosfatos y el fósforo orgánico
son removidos mediante reacciones más complejas, y adsorción en los
___________________________________________________________
Remoción de fósforo 34
flóculos. El fósforo insoluble se remueve en los lodos primarios, junto con
considerable proporción de SST y DBO5. En general se requiere el
agregado de polímeros para ayudar la sedimentación; y en algunos
efluentes debe aumentarse el pH a valores de 5 a 7.
Parte de las sales se utiliza para precipitar otras especies, por lo tanto,
deben agregarse químicos en cantidades significativamente mayores que
las estequiométricas.
Co-precipitación: la adición de químicos se da en el tratamiento biológico,
de manera que el fósforo precipitado se retira con los barros biológicos. Los
puntos donde es posible adicionar son: el efluente de salida del
sedimentador primario, directamente en los reactores biológicos, o a la
entrada del sedimentador secundario.
Considerando que los polifosfatos y el fósforo orgánico, no se remueven
tan fácilmente como los ortofosfatos, y luego del tratamiento biológico estos
se han transformado en ortofosfatos, es más eficiente el agregado de
químicos en este punto, y puede preverse en cantidades cercanas a las
estequiométricas.
Cuando se requiere alcanzar valores bajos de fósforo (por ejemplo 2 mg/L),
se requiere el agregado de sales en cantidades bastante mayores que las
estequiométricas (Metcalf and Eddy, 2003).
Post-precipitación: la adición de químicos se da en el efluente clarificado
del sedimentador secundario. La remoción del precipitado se da en
___________________________________________________________
Descripción del proceso de lodos activados 35
unidades posteriores: sedimentador terciario o filtros.
En base a estas ubicaciones básicas de dosificación, existe variedad de
combinaciones para el agregado simultáneo en varios puntos del sistema
de tratamiento.
Descripción del proceso de lodos activados
El Sistema de Lodos Activados (SLA) para la remoción de nutrientes,
mantiene el principio de los SLA convencionales, de desacoplar el tiempo
de residencia hidráulico (TRH) del tiempo de residencia celular (SRT)
mediante la recirculación de lodos desde el sedimentador secundario al
reactor. En general esta recirculación será hacia el reactor aireado, pero
como se verá más adelante en las distintas configuraciones, existen
variaciones de reactores hacia donde se recirculan los lodos (Carozzi,
2016).
El SLA para la remoción biológica de nitrógeno cuenta con las siguientes
etapas que se muestran en la Figura 2:
Figura 2: esquema básico de un SLA para nitrificación/desnitrificación
___________________________________________________________
Descripción del proceso de lodos activados 36
En la etapa de aireación se dan las condiciones para la nitrificación y en la
etapa de anoxia se proveen las condiciones para la desnitrificación.
Las bacterias nitrificantes crecen más lentamente y tienen rendimientos
mucho más bajos en comparación con las bacterias heterótrofas (aerobias
consumidoras de carbono, que se encuentran en competencia en el reactor
aireado); por lo tanto, el proceso de nitrificación requiere de tiempos de
residencia celulares significativamente mayores a los procesos
convencionales de lodos activados (Metcalf and Eddy, 2003).
En el reactor aireado, es fundamental mantener una adecuada
transferencia de oxígeno, lo cual implica por una parte contar con una
capacidad de aireación suficiente para cubrir los picos, pero por otra parte
una transferencia que se ajuste a una demanda variable, dada por la
variación de cargas de entrada y condiciones de operación. Debe
mantenerse agitación continua, en general en la zona aireada alcanza con
la agitación propia que imprimen los sistemas de aireación (Carozzi, 2016).
La etapa anóxica requiere especialmente de una agitación continua, de
manera de mantener la biomasa en suspensión, en este caso deberá
instalarse sistemas de agitación. Así mismo, considerando que las
bacterias responsables de la desnitrificación son heterótrofas, requiere de
materia orgánica degradable (ver el apartado de “Requerimientos de
materia orgánica” en la sección 2.2.2 – Desnitrificación biológica). En los
sistemas con configuración pre-anóxica, la materia orgánica es provista por
___________________________________________________________
Descripción del proceso de lodos activados 37
el efluente crudo, y los nitratos son provistos mediante una recirculación del
líquido desde el reactor aireado al anóxico.
En un SLA, el sedimentador secundario cumple dos funciones: la primera
lograr un espesamiento adecuado del lodo, de manera que pueda
recircularse la cantidad necesaria al reactor de lodos activados para
mantener en este una concentración adecuada de biomasa; y la segunda
proveer un líquido clarificado de salida en el que no haya escape de sólidos
(Carozzi, 2016).
Dado que los sólidos se retienen por separación gravimétrica, es
fundamental lograr una biomasa con condiciones adecuadas de
sedimentabilidad, lo cual está dado por el Índice de Sedimentabilidad de
lodos (ISL). El ISL, depende de las características y origen del efluente, así
como de los flóculos que se logren en el desarrollo de la biomasa, lo cual
dependerá en parte de la configuración del reactor biológico. Los reactores
biológicos del tipo mezcla completa, favorecerán el desarrollo de bacterias
filamentosas; en cambio aquellas configuraciones en las cuales hay
gradientes de concentración, por ej reactores en cascada o del tipo flujo
pistón, favorecen el desarrollo de flóculos sedimentables. De la misma
forma, si el efluente tiene gran proporción de materia orgánica fácilmente
biodegradable, puede ser necesario colocar selectores aerobios, que
ayudan a prevenir la formación de bacterias filamentosas. Los selectores
anaerobios para remoción biológica de fósforo también son útiles para
___________________________________________________________
Configuraciones de los sistemas de lodos activados 38
prevenir la formación de filamentosas.
La adecuada sedimentación en el sedimentador secundario estará dada
por el proceso de floculación en la entrada del mismo, las condiciones
hidráulicas del sedimentador (diseño de entrada, salida) y la recirculación
de lodos, y el sistema de extracción de los mismos. El lodo se concentra en
la zona de espesamiento, en el fondo del sedimentador. El espesado que
pueda alcanzarse depende de las características del lodo (ISL), la
profundidad de la zona, del tiempo de espesado y el sistema de extracción
de barros (ATV-A 131, 2001).
Configuraciones de los sistemas de lodos activados
El concepto inicial de reactor de lodos activados fue desarrollándose e
incorporando modificaciones a lo largo de los años; teniéndose al día de
hoy una gran variedad de configuraciones. Además, en función de la
geometría del reactor y las condiciones de mezcla, se tiene modelos de
flujo de mezcla completa, flujo pistón o reactor batch secuencial.
A continuación, se describirán únicamente las configuraciones de los
sistemas que luego se utilizan en las industrias que se estudia. Existen otro
tipo de configuraciones, que aunque muy usadas no serán descriptas, por
no encontrarse en los sistemas elegidos para el estudio. Sus principios de
funcionamiento pueden encontrarse en bibliografía (Metcalf and Eddy,
2003) (EPA, 1993) (ATV-A 131, 2001)
___________________________________________________________
Sistemas de remoción biológica de nitrógeno 39
Sistemas de remoción biológica de nitrógeno
2.6.1 SLA con desnitrificación de cabeza (Modified Ludtzak-Ettinger)
Sistema pre- anóxico
Figura 3: SLA con desnitrificación de cabeza
La Figura 3 muestra el esquema de funcionamiento de un Sistema de
Lodos Activados con desnitrificación de cabeza, el cual se describe
someramente a continuación.
El influente ingresa a una zona anóxica en la entrada, luego pasa al reactor
de aireación y al sedimentador; existe una recirculación de licor de mezcla
y una recirculación de lodos. En el reactor aireado se da la nitrificación, el
licor de mezcla conteniendo nitratos es recirculado a la zona anóxica,
donde también ingresa el influente con la materia orgánica biodegradable
necesaria para la desnitrificación (Carozzi, 2016).
Este sistema cuenta con varias ventajas, como ser: el aprovechamiento de
la materia orgánica fácilmente biodegradable para la desnitrificación; el
ahorro de energía, debido al ahorro en los requerimientos de aireación ya
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Sistemas de remoción biológica de nitrógeno 40
que el uso de nitrato para oxidar DBO5 en la desnitrificación, implica la
recuperación de una porción de oxígeno; y que en la etapa de
desnitrificación, se produce alcalinidad, que estará disponible para el paso
posterior de nitrificación.
Para maximizar la disponibilidad de la materia orgánica biodegradable para
la desnitrificación (en vez de su oxidación por las bacterias heterótrofas),
es conveniente que las entradas de las corrientes de influente y
recirculación interna se den en la misma zona, en la cabecera del reactor.
Por otra parte, debe minimizarse el ingreso de oxígeno con la corriente de
recirculación; para ello debe preverse el diseño constructivo para evitar la
aireación debido a la turbulencia, y la relación de recirculación interna,
(𝑄𝐼𝑅 𝑄)⁄ , dado que la corriente de recirculación acarrea oxígeno al reactor
anóxico. Además, el control de OD en el reactor anóxico, debería realizarse
en una zona cercana a la descarga de la recirculación.
La capacidad de remoción de nitrógeno dependerá de la relación de
recirculación del licor de mezcla. En efluentes domésticos se tienen los
siguientes valores típicos (Metcalf and Eddy, 2003): se pueden alcanzar
valores de nitrato de 4 -7 mgN/L, y valores de nitrógeno total de 5 - 10
mgN/L. La relación de recirculación (𝑄𝐼𝑅 𝑄⁄ ), se encuentra entre 2 a 4. En
cuanto a los requerimientos de materia orgánica, una relación DBO5/NKT
de 4 es suficiente para posibilitar la desnitrificación; y el tiempo de retención
hidráulico del reactor anóxico es de 2 a 4 horas.
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Sistemas de remoción biológica de nitrógeno 41
Esta configuración también se denomina proceso Ludzak – Ettinger
Modificado (MLE por sus siglas en inglés), siendo que se desarrolló a partir
del proceso Ludzak-Ettinger.
2.6.2 SLA con reactor en cascada (step-feed)
Figura 4: SLA con reactores en cascada
En la Figura 4 se observa otro sistema pre-anóxico, un SLA con reactores
en cascada; su funcionamiento se describe a continuación.
Se tienen dos o más sistemas de reactores, cada sistema con su reactor
anóxico y su reactor aireado conforman un “paso”, (también pudieran ser
reactores intermitentes). El influente se reparte, una fracción se deriva a
cada reactor anóxico, por ej. una proporción 40 y 60% (Carozzi, 2016).
Esta configuración permite un desequilibrio en los SST, operando el primer
reactor aireado con mayor concentración de sólidos que el segundo,
entonces al sedimentador secundario entra menor cantidad de sólidos
suspendidos, es muy útil si el sedimentador se encuentra cargado.
En general los volúmenes de cada paso son similares; sin embargo, puede
ser beneficioso que el primer paso tenga un volumen más pequeño, con el
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Sistemas de remoción biológica de nitrógeno 42
objeto de disminuir la dilución de la corriente de recirculación de lodos (𝑄𝑅𝐿)
y lograr por lo tanto una concentración mayor de MLSST en este paso, lo
que implica una capacidad de tratamiento mayor.
El sistema puede preverse con, o sin recirculación del licor de mezcla,
variable no menor desde el punto de vista de costos operativos. Si no
cuenta con recirculación interna, la concentración de nitratos en el último
reactor (aeróbico) será determinante. Considerando que no hay una
desnitrificación posterior, ni recirculación del licor de mezcla para regular la
salida, los nitratos producidos en este último definirán la concentración de
salida. Este sistema permite alcanzar concentraciones de NO-3 menores a
8 mg/L. Si el sistema prevé recirculación interna, se pueden alcanzar
valores de nitrógeno total menores a 5 mg/L (Metcalf and Eddy, 2003).
Como limitaciones de este sistema, debe tenerse en cuenta que es más
complejo que el de desnitrificación de cabeza, requiere control de la
proporción de flujo del influente, y control de OD en cada reactor aireado.
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Sistemas de remoción biológica de nitrógeno 43
2.6.3 SLA con reactor de N/D simultánea
Figura 5: SLA con Reactor de N/D Simultánea
En la
Figura 5 se muestra un esquema de un SLA con reactor de
Nitrificación/Desnitrificación simultánea, que también es denominado zanja
de oxidación con N/D. El funcionamiento se describe a continuación.
La forma geométrica del tanque y los sistemas de aireación y mezcla,
promueven un flujo unidireccional del efluente que circula en el reactor. Se
dan zonas aerobias y zonas anóxicas en el mismo reactor. Luego del
aireador el efluente fluye por una zona aeróbica, y a medida que se aleja,
disminuye la concentración de oxígeno debido al consumo de la biomasa,
cuando se consumió totalmente, se tiene la zona anóxica. Es conveniente
que el influente ingrese en la zona anóxica, para aprovechar la materia
orgánica fácilmente biodegradable para la desnitrificación. La recirculación
de lodos también ingresa en el mismo lugar. Es una gran ventaja operativa
y de costos el hecho de que no haya recirculación externa del licor de
mezcla. Además, este sistema opera con menor concentración de OD, por
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Sistemas de remoción biológica de nitrógeno 44
lo que, el requerimiento de menor aireación también es una ventaja de
costos.
Desde el punto de vista de la configuración, podría asemejarse a un
sistema pre-anóxico, con una recirculación de todo el efluente (100%) y por
tal motivo el diseño se realiza con la misma metodología que para un SLA
pre-anóxico.
El sistema de aireación y mezcla se diseña para proveer velocidades
relativamente altas (0,25-0,30 m/s (Metcalf and Eddy, 2003)), y por otra
parte el diseño de manera que el TRH sea prolongado, ambos factores
hacen que el influente, apenas ingresa se diluya con el efluente que corre.
Como resultado se tiene desde el punto de vista cinético, una configuración
de mezcla completa y por otra parte, el efluente fluye dentro del reactor en
una configuración de flujo pistón.
En los aspectos constructivos deben disponerse las zonas anóxicas y
aerobias para cumplir con la relación de volúmenes (Vaireado y Vanóxico)
determinado en su dimensionamiento.
Es imprescindible un control automático del proceso, ya sea a la
concentración de oxígeno disuelto, la concentración de nitratos, la
concentración de nitrógeno amoniacal o el potencial redox.
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Sistemas de remoción biológica de fósforo 45
Sistemas de remoción biológica de fósforo
Las configuraciones para remoción biológica de fósforo contienen todas el
proceso básico, basado en una zona anaerobia y luego una zona aerobia
como se muestra en la Figura 6.
Figura 6: proceso Phoredox (A/O)
La necesidad de esta secuencia básica fue evidenciada por Barnard en
1974 quien la denominó Phoredox (A/O), (anaerobio/aerobio), siendo este
proceso patentado. La función del reactor anaerobio previo al reactor
aerobio permite las condiciones que favorecen el crecimiento de las “PAO”,
y la alternancia de los medios anaerobio-aerobio, que llevan a la
incorporación aumentada de fósforo en la biomasa. Esta configuración no
contempla la nitrificación ni desnitrificación, sino únicamente la remoción
de carbono y de fósforo, para lo cual se requieren SRT mayores a 2-3 días
(ATV-A 131, 2001) (Metcalf and Eddy, 2003). El TRH del tanque anaeróbico
es de 30 min a 1 hora; el SRT del licor de mezcla de la zona aeróbica es
de 2 a 4 días (dependiente de la temperatura).
A los efectos de mejorar la eficiencia en la remoción (biológica) de fósforo,
deben tenerse en cuenta los siguientes aspectos:
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Sistemas de remoción biológica de fósforo 46
1) efluentes que ingresan a la zona anaerobia con mayor carga de materia
orgánica fácilmente biodegradable, maximizan la remoción.
2) menores SRT implican mayor eficiencia de remoción;
3) minimizar el ingreso de oxígeno o nitrato a la zona anaerobia (que
consumen la materia orgánica fácilmente biodegradable);
4) prever aquellos sistemas de deshidratación de lodos (especialmente de
los lodos con concentración de fósforo bioaumentada), que minimicen
el ingreso de fósforo re-disuelto en el lixiviado;
5) maximizar la eficiencia de remoción de Sólidos Suspendidos en el
efluente final (luego del clarificado).
Las distintas configuraciones a partir de este proceso básico, estarán
determinadas por otros requerimientos como pueden ser la remoción de
nitrógeno o DBO5. Algunas variaciones en la configuración pueden ser:
1) la combinación del proceso básico anaeróbico/aeróbico, con otras
secuencias para remoción de nitrógeno.
2) La corriente de recirculación que llega al anaerobio puede ser de:
recirculación de lodos activos (espesados en el sedimentador), y/o de
recirculación de licor desde el reactor de nitrificación (aireado con alta
concentración de nitratos), y/o desde el reactor de desnitrificación
(anóxico con baja concentración de nitratos).
3) agregar ácidos grasos volátiles a la zona anaeróbica, o acetato, o una
corriente procedente de una fermentación de barros de sedimentador
primario
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Sistemas conjuntos de remoción biológica de fósforo y nitrógeno 47
4) uso de múltiples etapas anaerobias/aerobias
5) las etapas anaerobias/aeróbias pueden implementarse en el flujo
principal, o en el flujo secundario correspondiente a la recirculación de
barros. Esta última variante consiste en un proceso patentado llamado
PhostripTM (no se profundizará sobre este en el documento).
Sistemas conjuntos de remoción biológica de fósforo y
nitrógeno
2.8.1 Sistema A2/O y UCT
La secuencia es anaerobia/anóxica/aerobia, esta configuración se utiliza
cuando también se requiere remoción de nitrógeno. Sin embargo, debe
tenerse en cuenta, que es necesario realizar la etapa de desnitrificación,
porque en caso contrario se estaría enviando una concentración demasiado
alta de nitratos al tanque anaerobio.
En la configuración A2/O, la recirculación de lodos se envía al reactor
anaerobio. La existencia de la zona anóxica donde se da la desnitrificación,
lleva a la reducción de la concentración de nitratos en el sistema, y
reducción de los que ingresan al tanque anaeróbico mediante a
recirculación de barros.
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Sistemas conjuntos de remoción biológica de fósforo y nitrógeno 48
Figura 7: SLA con reactor anaerobio, configuración A2/O
En la Figura 7 se muestra el esquema de funcionamiento de un SLA con un
reactor anaerobio previo.
El reactor anaerobio, también sirve para reducir el riesgo de la formación
de bacterias filamentosas, como se verá más adelante.
En el sistema UCT, la recirculación de lodos se envía al reactor anóxico; y
la recirculación del licor de mezcla de salida del reactor anóxico (con
concentración mínima de nitrato), se envía al tanque anaerobio. Este
sistema es parecido al A2/O, pero su diseño implica una minimización de
los nitratos que ingresan al tanque anaerobio, debido a dos razones: a) la
recirculación de los lodos del sedimentador secundario se envía al reactor
anóxico (no al anaerobio), y el licor de mezcla se recircula hacia el tanque
anaerobio desde la salida del reactor anóxico, donde la concentración de
nitratos es la más baja del sistema.
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Sistemas con selector 49
Figura 8: SLA con reactor anaerobio, configuración UCT
En el A2/O el TRH de la zona anóxica es aproximadamente 1 hora. La
existencia de la zona anóxica reduce la concentración de nitratos, y por
ende ingresan menos nitratos a la zona anaeróbica por la corriente de
recirculación de lodos.
Sistemas con selector
Tal como se verá en el capítulo “2.15 – Aspectos de operación” el desarrollo
de bacterias filamentosas en los lodos es un aspecto crucial en los SLA.
Es necesario en los procesos de lodos activados, promover el desarrollo de
bacterias formadoras de flóculos, que sedimentarán fácilmente en el
sedimentador, con el objetivo doble de obtener un efluente clarificado, y
unos barros con adecuado espesamiento.
La aplicación de selectores (aeróbicos o anaeróbicos) consiste en la
tecnología más adecuada para proveer las condiciones de operación que
eliminan la formación de bacterias filamentosas
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Sistemas con selector 50
2.9.1 SLA con selector aeróbico, anóxico o anaeróbico
La función del selector es eliminar o reducir el desarrollo de las bacterias
filamentosas, para lo cual se favorece el desarrollo de las bacterias
formadoras de flóculos, en detrimento de las filamentosas. Las condiciones
“selectivas” se establecen en base a la cinética, o en base al metabolismo.
El primer caso corresponde a selector aerobio, y el segundo caso a
selectores anóxicos o anaerobios.
Selector aerobio:
El mecanismo de selección cinético se basa en el hecho que la presencia
de altas concentraciones de materia orgánica fácilmente biodegradable,
favorecen el crecimiento diferenciado de las bacterias formadoras de
flóculos, en vez de las bacterias filamentosas; ya que las primeras crecen
más rápidamente, cuando hay alta concentración de materia orgánica. Por
lo tanto, una configuración con un reactor con tiempo de residencia bajo
(TRH 20-60 min.), tendiendo a modelo de flujo pistón, es preferible a uno
grande que favorezca la mezcla completa.
Los reactores SBR también se pueden operar con este concepto de alta
concentración de materia orgánica degradable (o en otras palabras alto
gradiente de concentración), lo cual depende de la estrategia de
alimentación, y el orden y duración de las etapas aireado/anoxia en los
ciclos. Cabe indicar que debe regularse que el consumo de materia
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Sistemas con selector 51
orgánica no sea demasiado, tal que se comprometa la desnitrificación
posterior.
Selectores anaerobio o anóxico:
El mecanismo de selección metabólico se basa en que, en condiciones
anóxicas las bacterias filamentosas no pueden desarrollarse (ya que son
aerobias), no se conoce especie de filamentosas que pueda utilizar el
nitrato o el nitrito como aceptor de electrones (Metcalf and Eddy, 2003). En
el caso de los selectores anaeróbicos, ocurre algo similar, las bacterias
filamentosas no pueden almacenar polihidroxibutirato, por lo tanto, no
consumen acetato, y no pueden desarrollarse. La presencia de PHB
favorece el crecimiento de las PAO, en vez de las filamentosas.
Resumen
A modo de síntesis de esta sección, en la que se describen las variaciones
en las configuraciones, se puede constatar que existe gran multiplicidad de
configuraciones; y tal como se mencionó al comienzo de la misma,
dependen de la combinación entre los modelos de flujo (de mezcla
completa y pistón), la alternancia de las zonas
anóxicas/aeróbicas/anaeróbicas, las recirculaciones, y las estrategias de
alimentación, de oxigenación, de recirculación, de duración de los ciclos.
Se ha intentado caracterizar brevemente las configuraciones que tendrán
relevancia en el análisis posterior de las industrias; describir sus ventajas y
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Nuevos sistemas y tendencias para remoción de nitrógeno 52
desventajas, así como mencionar las características que las hacen más
apta para una situación determinada, y en términos generales los valores
típicos de los parámetros de diseño y operación.
Los sistemas descritos anteriormente en este capítulo, en condiciones
favorables, permiten alcanzar las siguientes concentraciones:
• nitrógeno total menores de 5 - 10 mgN/L; nitrato menores a 5 - 10
mgN/L y concentración de nitrógeno amoniacal menores de 1-2 mgN/L.
• fósforo total menores a 1 – 2 mgP/L.
Debe tenerse en cuenta que cuando los límites de fósforo a verter en
muestras instantáneas son menores a 1 mgP/L, por ej 𝐶𝑃,𝐸𝑅 = 0,8 𝑚𝑔/𝐿,
estos valores no pueden alcanzarse en sistemas de lodos activados de una
etapa (si bien en condiciones favorables, se pueden alcanzar
concentraciones menores a 1,0 mgP/L como valores medios (ATV-A 131,
2001).
Nuevos sistemas y tendencias para remoción de
nitrógeno
La eliminación de nitrógeno mediante el camino metabólico tradicional de
nitrificación/desnitrificación utilizando la tecnología de lodos activados, se
ha desarrollado y utilizado de manera exitosa en las últimas décadas. Sin
embargo, los SLA cuentan con ciertas desventajas intrínsecas, que surgen
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Nuevos sistemas y tendencias para remoción de nitrógeno 53
precisamente de las condiciones que debe proveerse al sistema, para que
se den los procesos biológicos de nitrificación autótrofa y desnitrificación
heterótrofa (Lackner, y otros, 2014).
Tal como se describió precedentemente los procesos de N/D requieren de
edad de lodos mayores, para permitir el crecimiento de las bacterias
nitrificantes autótrofas; cuanto mayor el SRT, será mayor la masa de
sólidos en el reactor y mayor el consumo de oxígeno. Las bacterias
nitrificantes tienen incidencia en la demanda de oxígeno, pero es
despreciable su incidencia en la masa de sólidos del reactor, dado que en
realidad la biomasa de las nitrificantes son menos de un 2% de la masa
total del reactor (Lackner, y otros, 2014) que cita a (Ekama and Wentzel,
2008). En consecuencia, las nitrificantes definen el SRT y por lo tanto la
carga orgánica a ser removida, y la sedimentabilidad del lodo determina el
tamaño del sistema.
El proceso de N/D requiere de unidades de gran volumen, que ocupan gran
superficie espacial, tienen alto consumo de energía (principalmente debido
a la aireación, pero también debido a la recirculación), y grandes volúmenes
de generación de lodos que se deben gestionar. Si la nitrificación se pudiera
realizar a menores SRT y la separación sólido-líquido fuera independiente
a la concentración de lodos y de su sedimentabilidad, entonces el tamaño
de las unidades podría disminuirse sustancialmente (Lackner, y otros,
2014) .
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Nuevos sistemas y tendencias para remoción de nitrógeno 54
Asimismo, el proceso de desnitrificación requiere de materia orgánica, y la
relación deficitaria de DBO5/N de algunos efluentes hace necesario el
agregado de materia orgánica externa, insumiendo costos adicionales.
En los últimos años, se ha descubierto un camino metabólico distinto: la
oxidación anaeróbica del amonio (anaerobic ammonium oxidation,
Anammox por sus siglas en inglés). En la década de los 90 se descubrió
una bacteria que utiliza el amonio como dador de electrones y el nitrito
como aceptor de electrones, para convertirlos anaeróbicamente en
nitrógeno gas (90%) y algo de nitrato (10%). Estas bacterias son autótrofas
y anaeróbicas estrictas.
Por lo tanto, las bacterias anammox requieren que haya nitrito en el
sistema, es decir que se dé el proceso de nitritación, pero se inhiba el
proceso de nitratación. El nitrito es consumido en condiciones
determinadas por las bacterias anammox para producir nitrógeno gas, lo
que podría verse como un “cortocircuito” en la ruta tradicional de N/D. Este
proceso se le llama PN/A (Partial Nitritation/Anammox).
La aplicación tecnológica del proceso biológico PN/A, es sumamente
interesante, dado que reduce los requerimientos de aireación en un 60%,
la generación de barros en un 90% y la necesidad de materia orgánica en
un 100%. (Lackner, y otros, 2014).
Esta reducción significativa de los costos asociados a la remoción de
nitrógeno ha derivado en la investigación y desarrollo exponencial de las
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Nuevos sistemas y tendencias para remoción de nitrógeno 55
tecnologías que permiten la aplicación de los procesos de PN/A, y al año
2014 había implementada unas 100 instalaciones a escala real la mayoría
en Europa (Lackner, y otros, 2014).
Cabe destacar que las condiciones para su aplicación son aún restringidas,
pero, considerando las ventajas asociadas, y la tendencia al desarrollo, uso
y aplicación de esta tecnología, es que se entiende necesario mencionar
dichas tecnologías en el presente documento. Todas las aplicaciones a
escala industrial que existen al momento corresponden a corrientes de
efluentes con alta temperatura (>30°C), relación DQO/N muy baja (1-2), y
gran concentración de amonio. Los efluentes que tienen estas
características corresponden a sectores industriales como: petroquímica,
química, fertilizantes, semiconductores, farmacéuticas; y también el
lixiviado de la deshidratación de barros procedentes de la digestión
anaeróbica de plantas de tratamiento cloacales.
La mayor cantidad de instalaciones operando (75%) (Lackner, y otros,
2014) son para el tratamiento colateral (side-stream) de esta última
corriente (lixiviados de la digestión anaeróbica de plantas de tratamiento
cloacales), mientras que en la línea principal del tratamiento de cloacales
se utilizan Sistemas de Lodos Activados. Por otra parte, si se compara el
promedio de carga de nitrógeno por planta, entonces hay más aplicaciones
que tratan efluentes industriales, tal como se puede ver en la Figura 9.
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Nuevos sistemas y tendencias para remoción de nitrógeno 56
Figura 9: Distribución de instalaciones de PN/A, y carga de nitrógeno total por
categoría. Tomada de (Lackner, y otros, 2014)
A modo de presentación, se mencionan a continuación, las tecnologías
aplicadas en instalaciones a escala real:
- SHARON + ANAMMOX, la primera configuración a escala real se
instaló en Holanda en 2007 tras 3,5 años de puesta en marcha,
consiste en un sistema en dos etapas, en el primer reactor de lodos
activos sin retención de biomasa se da la nitratación parcial, y en el
segundo el proceso anammox.
- MBBR (Moving bed biofilm reactor)
- Proceso de biomasa granular, en el cual se utiliza reactores de forma
air-lift que favorecen la granulación y sedimentación para mantener la
biomasa en el reactor.
- Tecnología SBR, existiendo variadas estrategias de operación; la más
aplicada a nivel mundial es la DEMON (correspondiendo a un 50% de
___________________________________________________________
Nuevos sistemas y tendencias para remoción de nitrógeno 57
las instalaciones existentes), en la cual al SBR se le agrega un ciclón
para separar selectivamente la biomasa anammox.
- IFAS (Integrated Fixed Film Activated Slugde) que provee un soporte
para que crezca la biomasa anammox, y las AOB crecen como lodos
suspendidos.
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Descripción de los parámetros de diseño y operación 58
Descripción de los parámetros de diseño y operación
En este apartado se realizará una descripción de los parámetros para el
diseño y parámetros de operación del SLA. En algunos casos se presentará
la metodología para determinarlos. Esta descripción se basa en la guía
(ATV-A 131, 2001). La lista de abreviaturas se encuentra en el ANEXO A.
RESUMEN de los PARÁMETROS DE DISEÑO y de OPERACIÓN
Características del influente al SLA:
• Caudal de influente
• Concentración y cargas de contaminantes CDBO5, CN, CP, C𝑆𝑆𝑇 Bd,DBO5
• Alcalinidad
• Relación de concentraciones (𝐶𝐷𝑄𝑂/𝐶𝐷𝐵𝑂, 𝐶𝐷𝐵𝑂/𝐶𝑁𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙, 𝑋𝑆𝑆𝑇/𝐶𝐷𝐵𝑂)
Para el reactor biológico:
• Temperatura del líquido del reactor, máxima y mínima
• Configuración del SLA
• Carga de lodos de DBO5
• Tiempo de retención de sólidos (que se asume igual a la edad de lodos)
• Producción de lodos y producción específica de lodos
• Volumen del reactor y masa de sólidos
• Cantidad de amonio a nitrificar
• Cantidad de nitrato a desnitrificar y capacidad de desnitrificación
• Relación de volúmenes anóxico/aireado
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Descripción de los parámetros de diseño y operación 59
• Recirculación de lodos y recirculación interna
• Requerimientos de oxígeno
Parámetros de diseño para la remoción de fósforo
• Dimensiones del reactor anaerobio (para remoción biológica)
• Determinación del fosfato a ser precipitado (remoción fisicoquímica)
• Determinación de la producción de lodos debido a la remoción de
fósforo
Para el sedimentador secundario
• Tipo de sedimentador y dimensiones (profundidad y área superficial)
• Carga hidráulica
• Tasa volumétrica de lodos
• Concentración de sólidos en el reactor (MLSST)
• Índice de sedimentabilidad de lodos (ISL)
• Concentración de sólidos en zona de espesado (𝑆𝑆𝑇𝐵𝑆) y tiempo de
espesado
2.11.1 Caracterización del líquido a tratar
Para un adecuado diseño, el paso fundamental es conocer adecuadamente
el líquido a tratar: los caudales de ingreso, los contaminantes que contiene,
y la cantidad en que están presentes (concentración y cargas), la
alcalinidad, y la variación de estos parámetros a lo largo del día.
___________________________________________________________
Descripción de los parámetros de diseño y operación 60
Cabe aclarar, que en este apartado se describirán las características del
influente al SLA; que difiere del efluente bruto generado, dado que éste
último atraviesa un pretratamiento antes de ingresar al SLA. Es importante
para el diseño del SLA asegurarse la ausencia (o baja concentración) de
ciertos constituyentes, como son: aceites y grasas, metales, sustancias
tóxicas o inhibitorias, entre otros; los cuales afectan de manera negativa el
proceso biológico, y deberán removerse en el pretratamiento.
El efluente doméstico es un líquido que por sus características es apto para
ser tratado mediante Sistemas de Lodos Activados. En el caso de los
efluentes de origen industrial, deberá evaluarse su aptitud para ser
depurados mediante estos sistemas. Por otra parte, tal como se comentó
en el “Capítulo 1”, para el caso de Uruguay, las industrias que predominan
son del tipo agroindustrial, y en términos generales cuentan con
características similares a los efluentes domésticos. Son efluentes del tipo
orgánico, con una relación adecuada DQO/ DBO5 que indica buena
degradabilidad de la materia orgánica, relación adecuada DBO5/fósforo y
DBO5/Nitrógeno a desnitrificar; además, mediante un adecuado
pretratamiento se puede remover los contaminantes que perjudican el
proceso de nitrificación/desnitrificación, de manera de alcanzar las
características que le confieren aptitud para el ingreso a los Sistemas de
Lodos Activados.
___________________________________________________________
Descripción de los parámetros de diseño y operación 61
2.11.2 Caudal de influente
A los efectos del diseño del Sistema de Lodos Activados, deben conocerse
los siguientes caudales de ingreso de efluentes:
• Diarios (m3/d): el caudal para el cual el 85% de los caudales se
encuentra por debajo (Qd)
• Horarios (m3/h): mínimo (Qmín), medio (Qmedio) y el caudal máximo
(Qmáx)
El caudal medio diario 𝑄𝑑, es el valor que se utiliza para el diseño de la
edad de lodos (SRT) y la concentración de sólidos en el reactor (MLSST).
El caudal máximo, Qmáx (m3/h) es necesario para diseñar los aireadores y
el sedimentador secundario. El caudal máximo horario de tiempo seco para
diseñar el tanque anaeróbico de mezcla (remoción biológica de fósforo) y
los caudales de recirculación.
2.11.3 Concentración y carga de contaminantes
Para el diseño de un SLA los principales constituyentes a determinar son:
el sustrato carbonáceo, compuestos de nitrógeno, compuestos de fósforo,
sólidos suspendidos totales, sólidos suspendidos volátiles y la alcalinidad.
La concentración de los compuestos de nitrógeno y fósforo se determina
directamente. Las técnicas analíticas de referencia se pueden ver en el
___________________________________________________________
Descripción de los parámetros de diseño y operación 62
Manual de procedimientos analíticos para muestras ambientales (División
Laboratorio Ambiental de DINAMA, 2017).
2.11.4 Determinación de sustrato carbonáceo
La determinación de la concentración de sustrato carbonáceo, a diferencia
de N y P, se realiza indirectamente, mediante análisis de DQO o DBO5. En
cualquiera de los dos casos, la determinación está afectada de cierta
incertidumbre analítica.
Hasta el presente, se diseñaba en base de la DBO5, sin embargo la
tendencia es diseñar en base a la DQO (Metcalf and Eddy, 2003), (ATV-A
131, 2001), ya que mediante un balance de masa, entre DQO que ingresa
al reactor y la que sale, se puede realizar un seguimiento directo de las
transformaciones que sufrió la materia orgánica, cuánta se oxidó y cuánta
se incorporó a la biomasa. Por otra parte, la desventaja del diseño basado
en la DQO es que requiere una caracterización del influente mucho más
detallada, dado que solo una parte de la DQO es biodegradable.
El balance de masa de DQO es interesante, ya que permite entender las
reacciones que ocurren en el reactor de lodos activados, una descripción
detallada se puede encontrar en (ATV-A 131, 2001) (Metcalf and Eddy,
2003).
___________________________________________________________
Descripción de los parámetros de diseño y operación 63
En la presente tesis, se analizan los proyectos a partir de la DBO5, dado
que todos fueron diseñados a partir de este parámetro, y son los datos con
los que se cuenta.
La carga diaria de DBO5 o DQO, se calcula mediante el caudal medio diario
y la concentración media diaria 𝐵𝐷𝐵𝑂 = 𝑄𝑑. 𝐶𝐷𝐵𝑂.
A modo de resumen, se indica cómo intervienen en el proceso de diseño
las cargas del influente:
• Carga orgánica de DBO5, carga de sólidos suspendidos y carga de
fósforo: para determinar la producción de lodos y por tanto el
volumen requerido del reactor aireado a la temperatura de diseño;
mayor carga de materia orgánica implica mayores volúmenes del
reactor de aireación y mayor producción de barro.
• Carga orgánica diaria de DBO5 (𝐵𝑑,𝐷𝐵𝑂) y carga diaria de nitrógeno
para el diseño del sistema de aireación (el cual de modo conservador
se diseña para la temperatura máxima); mayor carga orgánica
implica mayor requerimiento de oxígeno.
• La concentración de nitrógeno (𝐶𝑁) y materia orgánica (𝐶𝐷𝐵𝑂) para
determinar el nitrato a ser desnitrificado.
• La concentración de fósforo (𝐶𝑃) para diseño de su remoción
(biológica y/o fisicoquímica)
En la Tabla 2 se describe brevemente el efecto de la influencia de materia
___________________________________________________________
Descripción de los parámetros de diseño y operación 64
orgánica fácilmente biodegradable, en los distintos procesos de
nitrificación/desnitrificación.
Tabla 2: Resumen de la influencia de DBO5 o DQO fácilmente biodegradable en los procesos de N/D
Proceso Efecto de la concentración de DQO fácilmente biodegradable
Aireación en el SLA Cuando el proceso es flujo pistón, o reactores de mezcla completa en varias etapas, se requiere mayor aireación en la entrada, demandada por el consumo de DBO5 o DQO fácilmente biodegradable
Desnitrificación Cuando el proceso es de desnitrificación en cabeza (zona anóxica anterior al reactor aireado), una alta concentración de DBO5 o DQO favorece el consumo de nitratos, y por ende se tendrá una tasa de desnitrificación alta
Remoción biológica de Fósforo
La DBO5 o DQO fácilmente biodegradable se convertirá rápidamente a acetato; una mayor concentración de acetato, favorecerá el crecimiento de las bacterias acumuladoras de Fósforo (PAO)
Pre-selectores Mayores concentraciones de DQO fácilmente biodegradable, favorecerá el consumo rápido y el desarrollo de biomasa como flóculos, lo cual es beneficioso para el ISL.
Adaptado de (Metcalf and Eddy, 2003)
2.11.5 Cargas procedentes de procesos de digestión de barros
Las cargas, de corrientes de filtrados, o lixiviados procedentes de procesos
de deshidratación de barros, pueden ser significativas, y deben
contabilizarse como cargas de ingreso en el diseño.
El lixiviado que se genera en la deshidratación de barros de digestión
anaeróbica, contiene amonio en concentraciones altas, podría asumirse
___________________________________________________________
Descripción de los parámetros de diseño y operación 65
que un 50% del nitrógeno orgánico que se introduce en el digestor es
liberado como nitrógeno amoniacal (ATV-A 131, 2001, pág. 21). Según
(Metcalf and Eddy, 2003), las concentraciones de los lixiviados procedentes
del digestor anaerobio de barros (procesos anaerobios), pueden contener
concentraciones de nitrógeno amoniacal entre 1000 – 2000 mgN/L.
Por otra parte, las cargas de materia orgánica o de fósforo (en particular si
no hay incorporación bioaumentada), en general no son tan importantes
(Metcalf and Eddy, 2003) (ATV-A 131, 2001). Si bien, al momento del
diseño, esta suposición debería corroborarse realizando un balance de
masas de los sólidos retenidos, y suponer que la materia orgánica, fósforo
y nitrógeno de estos sólidos se solubiliza nuevamente.
2.11.6 Alcalinidad
El proceso de nitrificación consume alcalinidad, por lo que debe controlarse
y eventualmente rectificarse mediante agregado de soda.
2.11.7 Limitaciones de nutrientes
En el caso de algunos efluentes industriales, es importante evaluar que
cuente con nutrientes en cantidad necesarias, pudiendo ser problemático
cuando las concentraciones de nitrógeno y fósforo se encuentran en el
rango 0,1 – 0,3 mg/L. Como regla general, para SRT mayores a 7 días, se
___________________________________________________________
Descripción de los parámetros de diseño y operación 66
requiere 5 g de nitrógeno y 1 g de fósforo cada 100 g de DBO5 para
asegurarse que los nutrientes no sean limitantes (Metcalf and Eddy, 2003).
2.11.8 Requerimientos del efluente de salida
Las concentraciones a alcanzar en el efluente de salida están dadas por la
normativa uruguaya, que al momento son el Decreto 253/979 y la
Resolución RM 966/013 que establece límites adicionales para ciertos
emprendimientos ubicados en la Cuenca del Río Santa Lucía. Asimismo,
en algunos casos se establecieron requerimientos particulares que
dependerán de la autorización ambiental con que cuente el
emprendimiento. En la Tabla 3 se muestran los límites máximos de la
normativa. En el manual de procedimientos analíticos para muestras
ambientales (División Laboratorio Ambiental de DINAMA, 2017) se indican
las técnicas de referencia que establece la normativa uruguaya para la
determinación de estos parámetros.
Tabla 3: límites que establece la normativa para DBO5, nitrógeno y fósforo
Parámetro Límite referencia
DBO5 60 mg/L Dec. 253/979
Nitrógeno amoniacal 5 mg/L Dec. 253/979
NKT 10 mg/L RM 966/2013
Nitrato + Nitrito 20 mg/L RM 966/2013
Fósforo 5 mg/L Dec. 253/979
Un aspecto fundamental en el diseño de los procesos biológicos es que se
basa en concentración y cargas promedio diarias, pero la normativa
___________________________________________________________
Parámetros y variables para el diseño del reactor biológico 67
establece valores instantáneos. Por esta razón no deberían utilizarse para
el diseño las concentraciones a alcanzar en función del límite establecido
por normativa, sino que debe darse un margen de seguridad para
contemplar las variaciones diarias.
Parámetros y variables para el diseño del reactor
biológico
Los parámetros que se mencionarán a continuación son los sugeridos por
la guía alemana (ATV-A 131, 2001), la interpretación de los mismos, así
como los valores de referencia, también se realizó tomando en cuenta el
(Metcalf and Eddy, 2003).
2.12.1 Temperatura
El valor mínimo de temperatura es el primer parámetro a definir, ya que
influye en la edad de lodos, el cual a su vez es el parámetro fundamental
para el desarrollo de las bacterias nitrificantes.
2.12.2 Carga de lodos de DBO5
La carga de lodos es la masa de materia orgánica que ingresa al reactor,
por unidad de masa de microrganismos (expresada en SST) en el reactor.
También se le conoce como relación alimentos/microorganismos (F/M) o
factor de carga.
___________________________________________________________
Parámetros y variables para el diseño del reactor biológico 68
𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑑𝑜𝑠 =𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒 𝐷𝐵𝑂 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎
𝑉𝐴𝑇 . 𝑀𝐿𝑆𝑆𝑇=
𝑘𝑔 𝐷𝐵𝑂/𝑑
𝑚3. (𝑘𝑔 𝑆𝑆𝑇 𝑚3)⁄
=𝑘𝑔 𝐷𝐵𝑂
𝑘𝑔 𝑆𝑆𝑇. 𝑑
Ec ( 8)
La carga de lodos es un parámetro de diseño, en el entendido que, para
valores dentro de los rangos de referencia, se cuenta con suficiente masa
de microrganismos, (𝑀𝑎𝑠𝑎𝑆𝑆𝑇,𝐴𝑇) para que ocurra la nitrificación.
Valores típicos:
- Industriales entre 0,05 y 0,15 kg DBO5/kg SST.d (máx 0,2 kg
DBO5/ kg SST.d)
- Municipales 0,6 kg DBO5/kg SST.d
Para los sectores industriales en estudio las guías técnicas alemanas,
recomiendan los siguientes valores de carga de lodos
- Frigoríficos: hasta 0,15 kg DBO5/kg SST.d (ATV - M767, 1988)
- Lácteas: entre0,05 y 0,2 kg DBO5/kg SST.d , (DWA-M 708, 2011)
- Cervecerías: entre 0,05 y 0,08 kg DBO5/kg SST.d, (DWA-M 732, 2017)
2.12.3 Concentración de sólidos en el reactor
La cantidad de biomasa en el reactor se mide como la fracción particulada
del licor de mezcla. Sin embargo, son varias, además de la biomasa, las
componentes que aportan a la fracción de sólidos, y dependiendo de la
unidad de cálculo que se utilice (DBO5, DQO, SSV o SST), se podrán
___________________________________________________________
Parámetros y variables para el diseño del reactor biológico 69
determinar algunas o varias de esas componentes. La explicación de cada
uno de los componentes se adaptó del (Metcalf and Eddy, 2003):
Componente A: corresponde al crecimiento neto de la biomasa.
Comprende tanto la biomasa heterótrofa como la nitrificante. Además, en
este término se incluye el crecimiento y el decaimiento celular.
Componente B: corresponde a materia orgánica no biodegradable,
denominada “restos celulares”, que se libera en el proceso de decaimiento
celular. Cabe destacar que esta componente se contabiliza en el análisis
de SSV, y en el de DQO (ya que corresponde a materia orgánica), pero no
se contabiliza en el análisis de DBO5 (dado que corresponde a sólidos
volátiles no-biodegradables).
Componente C: corresponde a la fracción de SSV no biodegradables que
ingresan con el influente al sistema (se miden como DQO pero no como
DBO5 dado que son no-biodegradables).
Componente D: corresponde a la fracción de sólidos inorgánicos que
ingresan con el influente al sistema (se cuantifican como SST pero no como
SSV, y no los mide ni el análisis de DQO, ni el de DBO5).
Componente E: corresponde a los sólidos generados en la remoción de
fósforo, tanto los generados por precipitación fisicoquímica, como la
biomasa que se generan por el proceso de incorporación bioaumentada de
fósforo. Como es un término independiente, se analizará en la sección
___________________________________________________________
Parámetros y variables para el diseño del reactor biológico 70
“2.13.3 - Determinación de la producción de lodos debido a remoción de
fósforo”.
La concentración de sólidos se puede expresar como sólidos suspendidos
volátiles, o sólidos suspendidos totales. El primero era el parámetro que se
utilizaba para el dimensionamiento antiguamente, sin embargo, al presente
se utiliza los sólidos suspendidos totales, debido a su facilidad de medida
y que las constantes cinéticas se pueden expresar en base a estos.
Concentración de sólidos en reactor aireado cuantificados como SSV:
Cuando se pretende diseñar en base a los SSV en el reactor, debe tenerse
en cuenta que lo integran las siguientes componentes:
𝑀𝐿𝑆𝑆𝑉 = 𝐴(𝑏𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑎) + 𝐵(𝑟𝑒𝑠𝑡𝑜𝑠 𝑐𝑒𝑙𝑢𝑙𝑎𝑟𝑒𝑠 𝑖𝑛𝑒𝑟𝑡𝑒𝑠) + 𝐶𝑖𝑛𝑒𝑟𝑡𝑒𝑠 𝑜𝑟𝑔. 𝑖𝑛𝑓𝑙𝑢 Ec ( 9)
Concentración de sólidos en reactor aireado, cuantificados como
SST:
Análogamente, si se quiere diseñar en base a SST en el reactor, debe
tenerse en cuenta que lo integran las siguientes componentes:
𝑀𝐿𝑆𝑆𝑇 = 𝐴(𝑏𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠) + 𝐵(𝑟𝑒𝑠𝑡𝑜𝑠 𝑐𝑒𝑙𝑢.𝑖𝑛𝑒𝑟𝑡)
+ 𝐶𝑖𝑛𝑒𝑟𝑡 𝑜𝑟𝑔. 𝑖𝑛𝑓𝑙𝑢+ 𝐷𝑖𝑛𝑒𝑟𝑡 𝑖𝑛𝑜𝑟𝑔.𝑖𝑛𝑓𝑙𝑢 + 𝐸𝑓ó𝑠𝑓 Ec (10)
En efluentes domésticos se tiene que los SSV corresponden
aproximadamente a un 75% de los SST. Este valor también se asume para
el dimensionamiento de efluentes industriales normales; en efluentes con
___________________________________________________________
Parámetros y variables para el diseño del reactor biológico 71
gran inertización de flóculos, se tiene que los SSV pueden disminuir a
valores de 35 - 40% de los SST.
Valores típicos: (ATV - M767, 1988) , (DWA-M 708, 2011), (DWA-M 732,
2017), (Metcalf and Eddy, 2003)
Las concentraciones habituales de lodos en el reactor aireado son entre 3
a 5 kg/m3, pudiéndose alcanzar concentraciones menores de SST, como 2
kg/ m3 y mayores hasta 7- 8 kg/m3.
La MLSST es un parámetro fundamental para el diseño del sedimentador
secundario, ya que mantener determinada concentración en el reactor
biológico, dependerá de la capacidad que tenga el sedimentador para
espesar el lodo, así como la capacidad de la bomba de recirculación de
lodos.
2.12.4 Tiempo de retención de sólidos – Edad de lodos
Es el tiempo promedio en que el sólido permanece en el sistema.
𝑆𝑅𝑇 =𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟
𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠 𝑞𝑢𝑒 𝑠𝑎𝑙𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 (𝑒𝑛 𝑝𝑢𝑟𝑔𝑎 + 𝑒𝑛 𝑐𝑙𝑎𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐) Ec ( 11)
Si el sistema está en régimen, entonces los sólidos que se extraen serán
igual a los sólidos que se producen:
𝑆𝑅𝑇 =(𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟). (𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟)
𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠 Ec ( 12)
___________________________________________________________
Parámetros y variables para el diseño del reactor biológico 72
Debe tenerse en cuenta que la producción de biomasa, producción de
lodos, o sólidos totales, refieren a distintos componentes de la fracción
insoluble del licor de mezcla; sin embargo, se asume que la mezcla es
homogénea, y estas componentes se encuentran en la misma proporción
en la fracción insoluble, tanto del reactor, como de las dos corrientes de
salida (purga y clarificado).
𝑆𝑅𝑇 =𝑋𝑖. 𝑉𝐴𝑇
𝑃𝑋𝑖
Ec ( 13)
𝑉𝐴𝑇 volumen del reactor biológico
𝑋𝑖 concentración de la fracción insoluble
𝑃𝑋𝑖 producción de la fracción insoluble
En otras palabras, el sufijo i puede hacer referencia a la biomasa
exclusivamente (lo que corresponde a la edad celular propiamente dicha);
la materia orgánica (biomasa + restos celulares); o los sólidos totales
(fracciones anteriores + sólidos inorgánicos). Asumiendo que se mantiene
la proporción de cada componente (de biomasa, sólidos orgánicos y sólidos
totales), tanto en el reactor como en la salida (purga y clarificado); entonces
se tiene que la Edad celular es igual al Tiempo de Retención de Sólidos2.
2 Además se asume que la masa de sólidos en el sedimentador secundario es despreciable respecto a la masa del reactor biológico
___________________________________________________________
Parámetros y variables para el diseño del reactor biológico 73
Por lo tanto, si la fracción de sólidos se cuantifica como SST, según las Ec
( 11) y Ec ( 12), se tiene el tiempo de retención de sólidos, en base a los
SST:
𝑆𝑅𝑇 = 𝑀𝐿𝑆𝑆𝑇. 𝑉𝐴𝑇
𝑆𝑃𝑑=
𝑀𝐿𝑆𝑆𝑇. 𝑉𝐴𝑇
𝑄𝑃. 𝑆𝑆𝑇𝑃 + (𝑄𝐷 − 𝑄𝑃). 𝑆𝑆𝑇𝐸𝑆𝑇
Ec ( 14)
𝑄𝐷 caudal medio diario (m3/d)
𝑄𝑝 caudal de purga (m3/d)
𝑆𝑆𝑇𝑃 concentración de sólidos en la purga
𝑆𝑆𝑇𝐸𝑆𝑇 concentración de sólidos en la salida del clarificado
𝑆𝑃𝑑 Producción de sólidos (kg SST/d)
El SRT depende directamente de la temperatura. Es el parámetro básico
de diseño según (ATV-A 131, 2001), dado que a partir de éste se
determinan: el volumen del tanque de aireación, la producción de barros y
los requerimientos de oxígeno. Por otra parte, también oficia como un
parámetro operativo tal como se verá oportunamente. En (ATV-A 131,
2001), se presenta una metodología para determinar el SRT.
Valores típicos:
En la Tabla 4, se observan valores típicos de SRT, para el tratamiento de
barros activados, en función del proceso biológico.
___________________________________________________________
Parámetros y variables para el diseño del reactor biológico 74
Tabla 4: rangos típicos de SRT para el tratamiento de barros activados
Adaptado de (Metcalf and Eddy, 2003)
2.12.5 Producción de sólidos (𝐒𝐏𝐝)
La producción de sólidos representa la masa de material que debe
removerse diariamente, para que el sistema se mantenga en régimen.
𝑆𝑃𝑑 = 𝑀𝑎𝑠𝑎𝑆𝑆𝑇,𝑒𝑛 𝑝𝑢𝑟𝑔𝑎 + 𝑀𝑎𝑠𝑎𝑆𝑆𝑇,𝑐𝑙𝑎𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐 = 𝑄𝑃 . 𝑆𝑆𝑇𝑃 + (𝑄𝐷 − 𝑄𝑃 ). 𝑆𝑆𝑇𝐸𝑆𝑇 Ec ( 15)
Cabe aclarar que se utilizan indistintamente las expresiones: Producción
de sólidos = Producción de lodos = Producción de biomasa. Si bien, cómo
se expresa precedentemente en la sección “2.12.3- Concentración de
sólidos en el reactor ”, la producción de cada una de las componentes de
Objetivo del Tratamiento Rango de SRT (d)
Factores que afectan el SRT
Remoción únicamente de DBO5 soluble en aguas domésticas
1 – 2 Temperatura
Degradación de partículas orgánicas en aguas domésticas
2 – 4 Temperatura
Desarrollo de biomasa floculenta (en floc) para el tratamiento de aguas domésticas
1 – 3 Temperatura
Desarrollo de biomasa floculenta (en floc) para el tratamiento de aguas industriales
3 – 5 Temperatura/ tipo de efluente
Nitrificación completa
3 – 18
Temperatura/ tipo de efluente
Remoción biológica de fósforo
2 – 4 Temperatura
Estabilización de barros activados 20 – 40 Temperatura
Degradación biológica de compuestos xenobióticos
5 – 50 Temperatura/tipo de efluente/ adaptación de biomasa
___________________________________________________________
Parámetros y variables para el diseño del reactor biológico 75
la fracción insoluble es distinta, a lo largo del documento se utilizan como
sinónimos, a menos que se indique específicamente. Por lo tanto, la
producción de sólidos se puede cuantificar como SST o SSV, [kg SST que
se producen/día] o [kg SSV que se producen/día]
Producción de sólidos como parámetro de diseño
La producción de sólidos (𝑆𝑃𝑑) es un parámetro fundamental para el diseño
del sistema de tratamiento de lodo. Cuando las unidades para tratamiento
del lodo están sub-dimensionadas, se afecta el tratamiento de efluentes,
dado que, al no contar con las posibilidades de retirarlo del reactor
biológico, se acumula en el mismo recargándolo, y por tanto afectando la
performance del reactor y comprometiendo la capacidad del sedimentador
secundario.
Cabe aclarar que la producción de sólidos no es un parámetro que se puede
fijar para el diseño, dado que ésta depende de la degradación biológica
(entre otras cosas), y de las características del efluente. La etapa de diseño
implica una suposición del valor que va a adquirir la producción de lodos,
en función de las características del efluente, tal como se verá a
continuación (sección 2.12.6 “Producción específica de lodos o
Sobreproducción de lodos, estimando el aporte de las distintas
componentes: biomasa, material orgánico biodegradable que no forma
parte de la biomasa y sólidos insolubles inorgánicos. Para una explicación
___________________________________________________________
Parámetros y variables para el diseño del reactor biológico 76
detallada de la metodología para hallar este parámetro remitirse a la guía
(ATV-A 131, 2001).
Debe tenerse en cuenta en la producción de sólidos, si hay remoción de
fósforo.
𝑆𝑃𝑑 = 𝑆𝑃𝑑,𝐶 + 𝑆𝑃𝑑,𝑃 Ec ( 16)
𝑆𝑃𝑑,𝐶 producción diaria de sólidos debido a degradación de carbono (kg
SST/d), incluye todas las componentes que aportan a la generación de
sólidos: biomasa, restos celulares, sólidos orgánicos no biodegradables e
inertes.
𝑆𝑃𝑑,𝑃 producción diaria de sólidos debido a remoción de fósforo (kg SST/d)
𝑆𝑃𝑑 producción total de sólidos (kg SST/d)
Producción de Sólidos como parámetro operativo
En la etapa de operación, se puede determinar la producción de lodos
mediante la Ec ( 11).
2.12.6 Producción específica de lodos o Sobreproducción de lodos
Se define como: la Producción de lodos, en base a la carga orgánica de
entrada.
𝑆𝑃𝑒𝑠𝑝,𝐷𝐵𝑂 =𝑆𝑃𝑑,𝐶
𝐵𝐷𝐵𝑂,𝑑=
𝑘𝑔 𝑆𝑆𝑇 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑖𝑑𝑜𝑠/𝑑í𝑎
𝑘𝑔 𝐷𝐵𝑂 𝑞𝑢𝑒 𝑖𝑛𝑔𝑟𝑒𝑠𝑎 /𝑑í𝑎
= 𝑘𝑔 𝑆𝑆𝑇 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐 𝑘𝑔 𝐷𝐵𝑂 𝑖𝑛𝑔𝑟𝑒𝑠⁄
Ec ( 17)
___________________________________________________________
Parámetros y variables para el diseño del reactor biológico 77
Teniendo en cuenta las componentes de la fracción de sólidos, se deduce
que este parámetro dependerá de una variedad de factores. Entre otros, la
producción específica de sólidos:
- disminuirá con el aumento de SRT, debido a la pérdida de biomasa por
la respiración endógena;
- será menor a temperaturas mayores, debido a mayores tasas de
respiración endógena a mayor temperatura;
- será mayor cuando no hay tratamiento primario, dado que ingresan
más sólidos no biodegradables.
Producción específica de sólidos como parámetro de diseño
A los efectos de determinar la producción debido a la degradación de
carbono, la Guía técnica (ATV-A 131, 2001) sugiere el uso de la siguiente
ecuación empírica en la cual están contempladas todas las “componentes
A, B, C y D” (descritas en la sección 2.12.3- Concentración de sólidos en el
reactor )
𝑆𝑃𝑑,𝐶 = 𝑄𝑑. 𝐶𝐷𝐵𝑂 . (𝑌𝐻 − (1−𝑏).𝐾𝑑𝐻.𝑓𝑇𝑌𝐻.𝑆𝑅𝑇
1+ 𝐾𝑑𝐻.𝑓𝑇.𝑆𝑅𝑇+ ) + 𝑄𝑑. 𝑎. 𝑋𝑆𝑆𝑇
La Guía (ATV-A 131, 2001) propone los siguientes valores para los
parámetros, y el siguiente factor de corrección de temperatura, que
crecimiento heterótrofo
decaimiento endógeno y
restos celulares.
Componente B
Inertes orgánicos y sólidos
minerales.
___________________________________________________________
Parámetros y variables para el diseño del reactor biológico 78
corresponden a los coeficientes de Hartwig. Estos factores son
ampliamente usados, encontrándose ampliamente probada su aplicabilidad
en el diseño, para plantas de tratamiento en climas templados en
condiciones de régimen (Walder, Lindtner, Poresl, klegraf, & Vasantha,
2011).
𝑌𝐻 coeficiente de rendimiento heterótrofo 0,75 kg SST/kg DBO5
𝑌𝑑𝐻 coeficiente de decaimiento 𝑌𝑑𝐻= 0,17 kg SST/(kg SST.d)
FT factor de temperatura para respiración endógena 𝐹𝑇 = 1,072(𝑇−15)
b coeficiente de restos celulares 0,2 (20%)
a coeficiente de sólidos inertes y sólidos minerales 0,6 (60%)
𝑆𝑃𝑒𝑠𝑝,𝐷𝐵𝑂 =𝑆𝑃𝑑,𝐶
𝐵𝐷𝐵𝑂,𝐼𝐴𝑇= . (0,75 −
(1 − 0,2). 0,75. 𝐾𝑑𝐻 . 𝑓𝑇 . 𝑆𝑅𝑇
1 + 𝐾𝑑𝐻 . 𝑓𝑇 . 𝑆𝑅𝑇+ 0,6.
𝑋𝑆𝑆,𝐼𝐴𝑇
𝐶𝐷𝐵𝑂,𝐼𝐴𝑇)
Ec ( 18)
En la guía A 131 se brindan valores típicos de producción específica de
lodos, a partir de la ecuación anterior, para determinadas condiciones de
temperatura y para efluentes domésticos; para efluentes municipales se
tiene valores entre 0,5 y 1,9 kg SST/kg DBO5 entrada. Para efluentes
industriales se recomienda valores de Producción específica de lodos entre
0,4 y 0,9 kg SST/ kg DBO5 entrada (Carozzi, 2016).
___________________________________________________________
Parámetros y variables para el diseño del reactor biológico 79
2.12.7 Relación entre el SRT, la producción específica y la carga de
lodos
𝑆𝑅𝑇 = 1
𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑑𝑜𝑠 𝑥 𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐í𝑓𝑖𝑐𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑑𝑜𝑠
Ec ( 19)
Esta relación es fundamental, dado que muestra la dependencia entre
estos parámetros básicos. Se utiliza para el diseño para obtener el SRT a
partir de los otros dos parámetros, y para el control de la operación
determinando la Producción específica de lodos, a partir de la medición de
los otros dos parámetros.
2.12.8 Cantidad de amonio a nitrificar
A partir de un balance de nitrógeno, la concentración promedio diaria de
amonio a nitrificar se calcula de la siguiente forma:
𝑆𝑁𝐻4,𝑎 𝑛𝑖𝑡𝑟𝑖𝑓 = 𝐶 NKT, 𝐼𝐴𝑇 − (𝑆𝑁𝑜𝑟𝑔, 𝐸𝑆𝑇 + 𝑆𝑁𝐻4, 𝐸𝑆𝑇 + 𝑋𝑁𝑜𝑟𝑔, 𝐵𝑀) Ec ( 20)
𝐶𝑁𝐾𝑇, 𝐼𝐴𝑇 Concentración de nitrógeno Kjeldahl en la muestra
homogeneizada, en el influente al reactor biológico.
𝑆𝑁𝑜𝑟𝑔, 𝐸𝑆𝑇 Concentración de nitrógeno orgánico en el clarificado del
sedimentador secundario. Puede estimarse en 2 mg/L para
plantas municipales. Esta suposición no es válida en las
plantas que tienen digestión anaeróbica de barros y la corriente
___________________________________________________________
Parámetros y variables para el diseño del reactor biológico 80
de deshidratación ingresa al reactor biológico. Tampoco es
válida para algunos sectores industriales.
𝑆𝑁𝐻4, 𝐸𝑆𝑇 Concentración de nitrógeno amoniacal en el clarificado del
sedimentador. Se toma igual a cero, asumiendo que todo el
nitrógeno se transformó en nitrato, a los efectos de ser
conservador en el diseño.
𝑋𝑁𝑜𝑟𝑔, 𝐵𝑀 Concentración de nitrógeno asimilado en los lodos extraídos en
la purga. Remitirse a la guía (ATV-A 131, 2001) donde
proponen valores en función de la DBO en el influente.
2.12.9 Cantidad de nitrato a desnitrificar
La cantidad de nitrato se calcula como la concentración promedio diaria de
nitrato que debe desnitrificarse afectada por el
caudal diario. Con el objetivo de ser
conservador en la obtención de este valor,
deberá calcularse la máxima cantidad de nitrógeno posible de ingresar al
sistema, y asumir lo siguiente: 1) que se transforma la mayor cantidad
posible en nitrato; y 2) que la mayor cantidad posible de nitrato se
desnitrifica.
Balance de nitrato promedio diario:
𝑁𝑖𝑡𝑟𝑎𝑡𝑜 𝑎 𝑑𝑒𝑠𝑛𝑖𝑡𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑟 = 𝑁𝑖𝑡𝑟ó𝑔𝑒𝑛𝑜 𝑞𝑢𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎 − 𝑁𝑖𝑡𝑟ó𝑔𝑒𝑛𝑜 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎
___________________________________________________________
Parámetros y variables para el diseño del reactor biológico 81
𝑆𝑁𝑂3,𝑎 𝑑𝑒𝑠𝑛𝑖𝑡 = 𝐶𝑁, 𝐼𝐴𝑇 − (𝑆𝑁𝑜𝑟𝑔, 𝐸𝑆𝑇 + 𝑆𝑁𝐻4, 𝐸𝑆𝑇 + 𝑆𝑁𝑂3, 𝐸𝑆𝑇 + 𝑋𝑁𝑜𝑟𝑔, 𝐵𝑀) Ec ( 21)
A continuación, se valora cada término (ATV-A 131, 2001):
𝐶𝑁, 𝐼𝐴𝑇 Concentración de nitrógeno total en la muestra
homogeneizada, en el influente al reactor biológico.
𝑆𝑁𝑜𝑟𝑔, 𝐸𝑆𝑇 Concentración de nitrógeno orgánico en el clarificado del
sedimentador secundario. Puede estimarse en 2 mg/L para
plantas municipales. Esta suposición no es válida en las
plantas que tienen digestión anaeróbica de barros y la corriente
de deshidratación ingresa al reactor biológico. Tampoco es
válida para algunos sectores industriales.
𝑆𝑁𝐻4, 𝐸𝑆𝑇 Concentración de nitrógeno amoniacal en el clarificado del
sedimentador. Se toma igual a cero, asumiendo que todo el
nitrógeno se transformó en nitrato, a los efectos de ser
conservador en el diseño.
𝑋𝑁𝑜𝑟𝑔, 𝐵𝑀 Concentración de nitrógeno asimilado en los lodos extraídos en
la purga. En la guía (ATV-A 131, 2001) se proponen valores de
nitrógeno en función de la DBO o DQO de entrada.
𝑆𝑁𝑂3, 𝐸𝑆𝑇 Concentración de nitrato en el clarificado del sedimentador.
Para evaluar este término, debe tenerse en cuenta que este
valor es una concentración promedio diaria. Si los
requerimientos normativos son para muestras instantáneas,
como es el caso de Uruguay, entonces debe preverse un factor
___________________________________________________________
Parámetros y variables para el diseño del reactor biológico 82
de seguridad, para el nitrógeno inorgánico, por ej: 𝑆𝑁𝑂3, 𝐸𝑆𝑇 =
(0,8 𝑎 0,6). 𝑆𝑁𝑖𝑛𝑜𝑟𝑔, 𝐸𝑅 .El valor menor se toma para plantas
donde hay grandes variaciones de carga de entrada.
2.12.10 Capacidad de desnitrificación
Un parámetro de diseño importante para el proceso de
nitrificación/desnitrificación, es la capacidad de desnitrificación. El objetivo
consiste en calcular la cantidad máxima de nitrato que debe desnitrificarse,
y asegurarse de que, con el influente al reactor aireado (o al reactor
anaeróbico de mezcla), se provee la materia orgánica necesaria para que
todo el nitrato se desnitrifique.
𝑐𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑛𝑖𝑡𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑐𝑖ó𝑛 =𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑛𝑖𝑡𝑟𝑎𝑡𝑜 𝑎 𝑑𝑒𝑠𝑛𝑖𝑡𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑟
𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎 𝑜𝑟𝑔á𝑛𝑖𝑐𝑎
𝑐𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑛𝑖𝑡𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑐𝑖ó𝑛 = 𝑆𝑁𝑂3,a 𝑑𝑒𝑠𝑛𝑖𝑡
𝐶𝐷𝐵𝑂, 𝐼𝐴𝑇
Ec ( 22)
Como valor de referencia, el inverso de la capacidad de desnitrificación
debe ser mayor a 4:
𝐶𝐷𝐵𝑂, 𝐼𝐴𝑇
𝑆𝑁𝑂3,a 𝑑𝑒𝑠𝑛𝑖𝑡> 4
Ec ( 23)
La capacidad de desnitrificación será la que definirá la relación de
volúmenes necesaria entre la zona anóxica y la aireada.
___________________________________________________________
Parámetros y variables para el diseño del reactor biológico 83
2.12.11 Relación de volúmenes anóxico/aireado
La relación de volúmenes no tiene influencia en la edad de lodos. La guía
A-131 propone la siguiente, para determinar la relación de volúmenes, a
partir del nitrato que se debe desnitrificar:
𝑆𝑁𝑂3,𝑎 𝑑𝑒𝑠𝑛𝑖𝑡
𝐶𝐷𝐵𝑂,𝐼𝐴𝑇=
0,75.𝑂𝑈𝐶,𝐷𝐵𝑂
2,86.
𝑉𝐷
𝑉𝐴𝑇 (mg N a desnitrif/mg DBO5)
Ec ( 24)
Esta se obtiene a partir de un balance de oxígeno en la zona de
desnitrificación de un reactor de mezcla completa:
𝑄𝑑. 2,86. 𝑆𝑁𝑂3 𝑎 𝑑𝑒𝑠𝑛𝑖𝑡
1000= 𝑉𝐷. 0,75.
𝑂𝑈𝑑,𝐶
𝑉𝐴𝑇
Ec ( 25)
El término izquierdo corresponde a la recuperación de oxígeno por la carga
diaria de nitrato a desnitrificar, ver Ec ( 33) y el término derecho
corresponde al consumo diario de oxígeno en la zona de desnitrificación.
Se incorpora un factor de 0,75 para tomar en cuenta que la tasa de
consumo de nitrato (aporte de oxígeno), es menor que la tasa de consumo
de oxígeno disuelto.
En la guía A 131 se encuentran tabulados valores para la ecuación 24. El
consumo diario de oxígeno para remoción de carbono, referido a la DBO5
consumida se calcula según la Ec ( 30), que se encuentra más adelante.
___________________________________________________________
Parámetros y variables para el diseño del reactor biológico 84
En el uso de la Ec ( 25) deben considerarse ciertos aspectos que
recomienda la guía (ATV-A 131, 2001).
2.12.12 Relación de recirculación de lodos y recirculación interna
Desnitrificación pre-anóxica
Figura 10: balance de masa de nitratos en reactor pre-anóxico,
La recirculación total, es la suma de la recirculación interna y la
recirculación de los lodos 𝑄𝑅𝐶 = 𝑄𝐼𝑅 + 𝑄𝑅𝐿; a partir de la cual, la relación de
recirculación total:
𝑅𝐶𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 =𝑄𝐼𝑅
𝑄+
𝑄𝑅𝐿
𝑄
Ec ( 26)
Se puede evaluar la eficiencia de desnitrificación del sistema (EDN), a partir
del balance de nitratos, tal como se observa en la
Figura 10. Suponiendo que el influente no aporta nitratos, estos solo
provienen de la recirculación, la eficiencia se obtiene mediante el cociente
entre la concentración de nitrato a la entrada, y a la salida del reactor. Para
___________________________________________________________
Parámetros y variables para el diseño del reactor biológico 85
lo cual debe tenerse en cuenta que:
• Recirculación interna: la concentración de nitratos de entrada al reactor
anóxico es igual a la de salida del reactor aireado.
• Recirculación de lodos: la concentración de nitratos de salida del
reactor aireado es la misma que la de la salida del fondo del
sedimentador (no hay transformación de nitratos en el sedimentador),
y a su vez esta concentración es la misma que ingresa al reactor
anóxico.
𝐸𝐷𝑁 =𝑛𝑖𝑡𝑟𝑎𝑡𝑜 𝑎 𝑙𝑎 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎
𝑛𝑖𝑡𝑟𝑎𝑡𝑜 𝑎 𝑙𝑎 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎=
(𝑅𝐿 . 𝑄 + 𝑅𝐼𝑛𝑡. 𝑄). 𝑁𝑂3,𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎
(𝑄 + 𝑅𝐿 . 𝑄 + 𝑅𝐼𝑛𝑡 . 𝑄). 𝑁𝑂3,𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎
=𝑅𝐿 + 𝑅𝐼𝑛𝑡
1 + 𝑅𝐿 + 𝑅𝐼𝑛𝑡=
𝑅𝐶𝑡𝑜𝑡
1 + 𝑅𝐶𝑡𝑜𝑡
Ec ( 27)
𝑅𝐶 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 =1
1 − 𝐸𝐷𝑁− 1
Ec ( 28)
Por otra parte, la capacidad de desnitrificación del sistema, está
relacionada con la concentración de nitrógeno amoniacal a ser nitrificada.
𝑅𝐶𝑡𝑜𝑡 = 𝑆𝑁𝐻4,𝑎 𝑛𝑖𝑡𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑟
𝑆𝑁𝑂3,𝐸𝑆𝑇− 1
Ec ( 29)
𝑆𝑁𝐻4,𝑎 𝑛𝑖𝑡𝑟𝑖𝑓 concentración de nitrógeno amoniacal a nitrificar
𝑆𝑁𝑂3,𝐸𝑆𝑇 concentración de nitrato a la salida
Recirculación de nitratos < 6, porque si no ingresa mucho oxígeno a zona
anóxica, entonces hay consumo de DBO5 por oxígeno, en vez de nitratos.
___________________________________________________________
Parámetros y variables para el diseño del reactor biológico 86
2.12.13 Requerimientos de oxígeno
El cálculo de la demanda de oxígeno del sistema está dado por: el oxígeno
que requieren las heterótrofas para oxidar la materia orgánica, más el
oxígeno que requieren las autótrofas para nitrificar el amonio. Además,
debe tenerse en cuenta la recuperación de oxígeno en el proceso de
desnitrificación.
Demanda carbonosa: se calcula utilizando los coeficientes de Hartwig
𝑂𝑈𝑑,𝐶 = 𝐵𝑑,𝐷𝐵𝑂. (0,56 + 0,15.𝑆𝑅𝑇.𝐹𝑇
1+ 𝐾𝑑𝐻.𝑆𝑅𝑇.𝐹𝑇) (kg O2/día)
Ec ( 30)
El consumo diario de la demanda carbonosa referido a la DBO5 consumida
es:
𝑂𝑈𝑑,𝐷𝐵𝑂 = 𝑂𝑈𝑑,𝐶/𝐵𝑑,𝐷𝐵𝑂 Ec ( 31)
Notas: los coeficientes utilizados en la Ec ( 30), aplican para relaciones de
DQO/ DBO5 a la entrada: 𝐶𝐷𝑄𝑂,𝐼𝐴𝑇/𝐶𝐷𝐵𝑂,𝐼𝐴𝑇 < 2,2. En caso contrario, no es
aplicable los coeficientes de Hartwig para el cálculo de oxígeno, y este debe
realizarse en base a la DQO (ATV-A 131, 2001).
Demanda nitrogenada:
Se asume un consumo de oxígeno de 4,3 kg O2/kg N oxidado (ver 2.2.1-
“Proceso de nitrificación aeróbica-Estequiometria de la nitrificación”),
relación en la cual ya se tiene en cuenta el oxígeno utilizado para el
___________________________________________________________
Parámetros y variables para el diseño del reactor biológico 87
crecimiento de la biomasa nitrificante, así como una recuperación de
oxígeno de 2,86 kg O2/kg NO-3 desnitrificado (ver sección 2.2.2-
“Desnitrificación anóxica – Estequiometria de la desnitrificación”)
El amonio a oxidar se calcula como:
Amonio a oxidar= nitrato a desnitrificar - nitrato a la entrada + nitrato en
efluente de salida
Consumo de oxígeno:
𝑂𝑈𝑑,𝑁 = 𝑄𝑑 . 4,3 (𝑆𝑁𝑂3,a 𝐷𝑒𝑠𝑛𝑖𝑡 − 𝑆𝑁𝑂3, 𝐼𝐴𝑇 + 𝑆𝑁𝑂3, 𝐸𝑆𝑇) 1000⁄ 𝑘𝑔 𝑂2 𝑑í𝑎⁄ Ec ( 32)
Recuperación de oxígeno:
𝑂𝑈𝑑,𝐷 = 𝑄𝑑. 2,86. (𝑆𝑁𝑂3,a 𝐷𝑒𝑠𝑛𝑖𝑡) 1000⁄ 𝑘𝑔 𝑂2 𝑑í𝑎⁄ Ec ( 33)
El oxígeno a suministrar en función de la demanda debe calcularse para el
máximo horario para lo cual se incorporan los factores fc y fN que
consideran las fluctuaciones de los parámetros en el influente de entrada
con respecto al seno del reactor. Para el caso de la tasa de demanda
carbonosa, que se calcula en base a la carga de DBO5 del influente, debe
tenerse en cuenta que hay un efecto amortiguador por la hidrólisis de la
materia orgánica. El factor fN tiene en cuenta los picos de la carga de NKT
amortiguados en cargas diarias (24 h).
___________________________________________________________
Parámetros y variables para el diseño de la remoción de fósforo 88
𝑂𝑈ℎ =𝑓𝑐. (𝑂𝑈𝑑,𝐶 − 𝑂𝑈𝑑,𝐷) + 𝑓𝑁 . 𝑂𝑈𝑑,𝑁
24 Ec ( 34)
Los factores fc y fN se sacan de tablas remitirse a (ATV-A 131, 2001).
Luego, la transferencia de oxígeno necesaria
𝑟𝑒𝑞 𝛼 𝑂𝐶 =𝐶𝑥
𝐶𝑆 − 𝐶𝑥. 𝑂𝑈ℎ
Ec ( 35)
Parámetros y variables para el diseño de la remoción de
fósforo
2.13.1 TRH del reactor anaerobio para remoción biológica de fósforo
Respecto a la remoción biológica de fósforo, los reactores anaeróbicos,
deben dimensionarse para un tiempo de contacto mínimo (TRH) de 0,5 a
0,75 h, requeridos al máximo caudal de tiempo seco y caudal de barros de
retorno (QDW,h + QRL) (ATV-A 131, 2001). El grado de remoción biológica,
no depende tanto del tiempo de contacto, sino que de la concentración de
materia orgánica fácilmente biodegradable.
2.13.2 Determinación del fosfato a ser precipitado
A continuación, se presenta una metodología para el cálculo de la cantidad
de fósforo que habrá de removerse mediante precipitación fisicoquímica,
___________________________________________________________
Parámetros y variables para el diseño de la remoción de fósforo 89
sugerida en la guía (ATV-A 131, 2001). En otras palabras, la cantidad de
fósforo que no se removió mediante la remoción biológica (bioaumentación)
o el crecimiento de las heterótrofas, y se debe determinar a los efectos de
calcular la concentración adicional de fósforo que será necesario precipitar
mediante el agregado de sales.
𝑋𝑃,𝑝𝑟𝑒𝑐𝑖𝑝 = 𝐶𝑃,𝐼𝐴𝑇 − 𝐶𝑃,𝐸𝑆𝑇 − 𝑋𝑃,𝐵𝑀 − 𝑋𝑃,𝐵𝑖𝑜𝑃 ( 𝑚𝑔/𝐿) Ec ( 36)
𝑋𝑃,𝑝𝑟𝑒𝑐𝑖𝑝 Concentración de fósforo a ser precipitado con sales
𝐶𝑃,𝐼𝐴𝑇 Concentración de fósforo total en el influente
𝐶𝑃,𝐸𝑆𝑇 Concentración de fósforo a la salida del sedimentador
secundario. Se elige a partir del valor requerido por normativa.
Dado que el balance de la Ec ( 36) corresponde a un promedio
diario, y el valor de la normativa debe cumplirse en una
muestra instantánea, se toma: 𝐶𝑃,𝐸𝑆𝑇 = (0,6 𝑎 0,7). 𝐶𝑃,𝐸𝑅
𝑋𝑃,𝐵𝑀 Concentración de fósforo en la biomasa, para una valoración
de este término remitirse a la guía (ATV-A 131, 2001)
𝑋𝑃,𝐵𝑖𝑜𝑃 Concentración de fósforo adicional en la biomasa, debido a la
remoción bioaumentada. Para una valoración de la cantidad
adicional de fósforo, para aguas municipales remitirse a la
guía (ATV-A 131, 2001):
Una vez determinada la concentración de fosfato a precipitar (𝑋𝑃,𝑝𝑟𝑒𝑐𝑖𝑝),
debe encontrarse la cantidad de metal que se requiere agregar. Esta se
___________________________________________________________
Parámetros y variables para el diseño de la remoción de fósforo 90
calcula a partir de la relación de moles, y utilizando un factor de seguridad
de 1,5:
𝑘𝑔 𝑀𝑒 𝑎 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑟 = 1,5 𝑥 (𝑘𝑔 𝑃 𝑎 𝑟𝑒𝑚𝑜𝑣𝑒𝑟)𝑥 (𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑀𝑒 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑃)⁄ Ec ( 37)
Utilizando sal de Hierro: 𝑘𝑔 𝐹𝑒 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑟 = 2,7 𝑘𝑔 𝐹𝑒 𝑘𝑔 𝑃𝑎 𝑝𝑟𝑒𝑐𝑖𝑝𝑖𝑡𝑎𝑟⁄
Utilizando sal de Aluminio: 𝑘𝑔 𝐴𝑙 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑟 = 1,3 𝑘𝑔 𝐴𝑙 𝑘𝑔 𝑃𝑎 𝑝𝑟𝑒𝑐𝑖𝑝𝑖𝑡𝑎𝑟⁄
Debe tenerse en cuenta lo siguiente: cuando los límites de fósforo a verter
en muestras instantáneas son menores a 1,0 mg/L, (CP,ER < 1,0 mg 𝐿⁄ ),
estos valores no pueden alcanzarse en planta de barros activados de una
etapa. Por otra parte, en condiciones favorables, se puede alcanzar
𝐶𝑃,𝐸𝑆𝑇 ≤ 1,0 𝑚𝑔/𝐿, que corresponde a valores medios.
2.13.3 Determinación de la producción de lodos debido a remoción de
fósforo
Los lodos que se generan por la remoción de fósforo corresponden a la
suma de la cantidad de lodos “adicionales” de la remoción bioaumentada,
más los lodos de precipitación fisicoquímica (ATV-A 131, 2001).
𝑆𝑃𝐷,𝑃 = 𝑄𝐷 . (3. 𝑋𝐵𝑖𝑜𝑃 + 6,8. 𝑋𝑃,𝑃𝑟𝑒𝑐,𝐹𝑒 + 5,3. 𝑋𝑃,𝑃𝑟𝑒𝑐,𝐴𝑙 )/1000 (𝑘𝑔 𝑑⁄ ) Ec ( 38)
𝑋𝐵𝑖𝑜𝑃 Concentración de fósforo adicional en el lodo, generado por
remoción biológica
___________________________________________________________
Parámetros y variables para el diseño del sedimentador secundario 91
𝑋𝑃,𝑃𝑟𝑒𝑐,𝑀𝑒 Concentración de fósforo en el lodo, removido por precipitación
con sal del metal Me
Para remoción biológica se puede asumir que se generan
3 𝑘𝑔 𝑆𝑆 𝑘𝑔 𝑃 𝑟𝑒𝑚𝑜𝑣𝑖𝑑𝑜 𝑏𝑖𝑜𝑙ó𝑔𝑖𝑐𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑒⁄ ; para remoción fisicoquímica se generan
para hierro: 2,5 𝑘𝑔 𝑆𝑆 𝑘𝑔 𝐹𝑒 𝑑𝑜𝑠𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑑𝑜⁄ , y para aluminio se
generan: 4 𝑘𝑔 𝑆𝑆 𝑘𝑔 𝐴𝑙 𝑑𝑜𝑠𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑑𝑜⁄
Parámetros y variables para el diseño del sedimentador
secundario
El sedimentador tiene dos funciones: la primera lograr un espesamiento del
lodo adecuado, de manera que pueda recircularse la cantidad necesaria al
reactor de lodos activados para mantener en este una concentración
adecuada de biomasa; y la segunda proveer un líquido clarificado de salida
en el que no haya escape de sólidos.
Los parámetros para el diseño son:
• Tipo de sedimentador (circulares o rectangulares) y dimensiones
• Máximo caudal horario de diseño
• Carga hidráulica
• Índice de Sedimentabilidad de lodos (ISL)
• Tiempo de espesado y volumen de la zona de espesado
• Concentración de sólidos en la zona de espesado y caudal de
recirculación
___________________________________________________________
Parámetros y variables para el diseño del sedimentador secundario 92
El diseño del sedimentador secundario y del reactor biológico dependen
mutuamente. La concentración de sólidos que ingresa al sedimentador es
la misma que sale del reactor biológico, MLSST (excepto para los reactores
intermitentes); a su vez la concentración de sólidos en el fondo del
sedimentador ( 𝑆𝑆𝑇𝐵𝑆), y la relación de recirculación (𝑅𝐿), inciden en la
MLSST.
2.14.1 Índice de Sedimentabilidad de Lodos
El ISL refiere a la sedimentabilidad del lodo. Se necesita un lodo que
sedimente adecuadamente.
El Índice de Sedimentabilidad de lodos es el volumen que ocupa 1 g de
lodos, luego de una sedimentación de 30 min.
𝐼𝑆𝐿 =Í𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑑𝑜𝑠
𝑀𝐿𝑆𝑆𝑇=
𝑚𝑙 𝑆𝑆𝑇/𝑙
𝑔𝑟/𝑙=
𝑚𝑙 𝑆𝑆𝑇
𝑔𝑟
Ec ( 39)
La técnica de determinación se puede obtener en (ATV-A 131, 2001).
Valores de referencia:
60 -70 mL/g < ISL < 120 - 150 mL/g (Metcalf and Eddy, 2003)
La Guía técnica (ATV-A 131, 2001), presenta los siguientes valores de ISL:
___________________________________________________________
Parámetros y variables para el diseño del sedimentador secundario 93
Objetivo de tratamiento
ISL (L/kg), efluente doméstico con influencia industrial y/o comercial
ISL favorable ISL desfavorable
Sin nitrificación 100 – 150 120 – 180
Nitrificación y desnitrificación
100 – 150 120 – 180
Estabilización de barros 75 – 120 120 – 150
Lodos cuyo ISL tienen valores mayores a 120 mL/g son muy difíciles de
sedimentar, lo que acarrea dos consecuencias importantes en el
sedimentador: en primer lugar, se tendrán escapes de lodos junto con el
clarificado, y en segundo lugar, no se podrá alcanzar la concentración de
lodos suficiente en la zona de espesado del sedimentador, no pudiendo
mantenerse por tanto la concentración de sólidos en el reactor aireado, y
produciéndose un “lavado” de los mismos. Las bacterias filamentosas-
como se verá más adelante- aumentan el ISL de los lodos y perjudican su
sedimentabilidad.
Por otra parte, un ISL con valores menores a 60 – 70 mL/g indica un flóculo
muy pequeño y compacto, por lo que es dificultoso mantenerlo en
suspensión en el reactor aireado, perjudicando los tiempos de reacción.
Este tipo de lodo compacto puede darse en líquidos con alto contenido de
inertes.
El ISL depende de las características y origen del efluente, así como de los
flóculos que se logren en el desarrollo de la biomasa, lo cual dependerá en
parte de la configuración del reactor biológico, la cantidad de materia
___________________________________________________________
Parámetros y variables para el diseño del sedimentador secundario 94
orgánica biodegradable del efluente, y la concentración de sólidos en el
reactor biológico.
Algunas medidas para disminuir el ISL son:
- el uso de configuraciones tipo cascada, para que el sistema trabaje
en flujo pistón
- uso de selectores
- agregado de sales metálicas
- desgasificación (desnitrificación total del efluente antes de ingresar al
sedimentador secundario).
2.14.2 Tiempo de espesado
El tiempo de espesamiento (TE), junto con el ISL, determinan la
concentración de los sólidos en el fondo del sedimentador SSTBS. El TE
debe ser suficiente para lograr que el lodo adquiera la consistencia
adecuada. Por otra parte, no debe ser demasiado largo dado que
comienzan a desarrollarse procesos anaerobios de desnitrificación, con
desprendimiento de nitrógeno en burbujas, que al ascender forman lodos
flotantes perjudicando la sedimentación. Adicionalmente, un tiempo de
espesado demasiado extenso favorece la redisolución de fosfato.
En la guía A-131 se encuentran tabulados valores de referencia de tiempos
de espesamiento en función del tipo de tratamiento (Guía A-131, pág 39).
___________________________________________________________
Parámetros y variables para el diseño del sedimentador secundario 95
El tiempo de espesamiento está relacionado, entre otros parámetros, con
la profundidad de las distintas zonas del sedimentador.
2.14.3 Relación de recirculación de lodos y concentración de sólidos
en el influente del sedimentador secundario
Tal como se mencionó, la relación de recirculación de sólidos (RL) y la
MLSST se influencian mutuamente.
Mediante un balance de masas de sólidos en el sedimentador, y
despreciando 𝑆𝑆𝑇𝐸𝑆𝑇, se obtiene la siguiente ecuación:
𝑀𝐿𝑆𝑆𝑇 = 𝑅𝐿 . 𝑆𝑆𝑅𝐿
1 + 𝑅𝐿 → 𝑅𝐿 =
𝑀𝐿𝑆𝑆𝑇
𝑆𝑆𝑅𝐿 − 𝑀𝐿𝑆𝑆𝑇
Ec ( 40)
La norma alemana recomienda que la recirculación no supere ciertos
máximos, dado que relaciones de recirculación mayores, y el aumento
errático del flujo de retorno de lodos, pueden generar turbulencia en el
sedimentador, y perjudicar el proceso de sedimentación. Por otra parte,
recomienda 𝑅𝐿 > 0,5, dado que valores menores requieren una alta
concentración de sólidos en la corriente de recirculación, que solo se
pueden alcanzar con bajos ISL y altos tiempos de espesado.
El Manual eliminación de nutrientes en tratamiento de líquidos residuales
(Carozzi, 1991, pág. 99), como aproximación gruesa, establece que para
___________________________________________________________
Parámetros y variables para el diseño del sedimentador secundario 96
desnitrificación es necesario que 𝑅𝐿 > 1, y en general se deberá cumplir
𝑅𝐿 < 1,5.
El dimensionado del sedimentador debe preverse lo suficientemente
grande como para tener en el reactor una concentración de SST de 5 g/L.
Para lograr esta concentración en el reactor, se puede tomar un valor
indicativo de concentración en la zona de espesado (equivalente a la
concentración en la recirculación) de SSBS entre 10 – 12 g/L.
2.14.4 Concentración de sólidos suspendidos en zona de espesado
La concentración de 𝑆𝑆𝑇𝐵𝑆 puede estimarse mediante una ecuación
empírica a partir del tiempo de espesado y el ISL (ATV-A 131, 2001).
𝑆𝑆𝑇𝐵𝑆 =1000
𝐼𝑆𝐿. √𝑇𝐸
3 Ec ( 41)
La concentración de sólidos en la recirculación está afectada por una
dilución (flujo de corto-circuito de lodos). Dicha dilución será función del
sistema que se utilice para extraer los barros, ya sea barredor o succión;
remitirse a la guía (ATV-A 131, 2001) para su estimación.
2.14.5 Carga hidráulica
La carga hidráulica se calcula como:
___________________________________________________________
Parámetros y variables para el diseño del sedimentador secundario 97
𝑞ℎ = 𝑞𝑣
𝐼𝑉𝐿=
𝑞𝑣
𝑀𝐿𝑆𝑆𝑇. 𝐼𝑆𝐿 (𝑚 ℎ⁄ )
Ec ( 42)
𝑞𝑣 carga volumétrica de lodo ((L/(m2.h)
𝐼𝑉𝐿 Índice volumétrico de lodo (L/m3)
A los efectos de mantener la concentración de sólidos a la salida por debajo
de cierto valor, y por lo tanto controlar la DQO y el valor de fósforo en el
clarificado, la guía alemana recomienda valores máximos de carga
hidráulica.
El valor de carga hidráulica (qH) de la norma A-131 qH < (1,6 a 2,0)
m3/(m2.h) en realidad no es adecuado para efluentes industriales (Carozzi,
2016). Si el sedimentador opera a esta carga, estará muy exigido. El
efluente municipal contiene fibras, por lo que es un lodo fácil de deshidratar
y espesar; sin embargo, los efluentes industriales no tienen fibras, y
además tienen altos ISL (entre 150 – 180 ml/g), ambos elementos les
confieren malas características de sedimentación, lo cual debe
considerarse en el diseño del sedimentador.
Se tiene la siguiente recomendación:
• qH< 0,5 m³/(m².h ) para efluentes industriales (Carozzi, 2016).
• Frigoríficos qH< 0,4 m³/(m².h ) (Johns, 1995)
___________________________________________________________
Parámetros y variables para el diseño del sedimentador secundario 98
2.14.6 Área superficial del sedimentador
A partir de la carga hidráulica se determina la superficie mínima requerida:
𝑞ℎ = 𝑄𝑤𝑤,ℎ𝑟
𝐴𝑟𝑒𝑎
Ec ( 43)
Q max (m3/h) = 2. QD
es el caudal que corresponde al que ingresa al SLA sin considerar la
recirculación de lodos ni la purga (recordar que al sedimentador está
ingresando este caudal más el caudal de recirculación de lodos, pero este
último no se considera en el cálculo de la carga hidráulica).
El caudal de tiempo húmedo es relevante cuando los caudales que
ingresan al sistema de tratamiento pueden aumentar significativamente
debido a lluvias, como ocurre en sistemas de tratamiento de efluentes
domésticos de redes no separativas. En general para emprendimientos
industriales este incremento no es significativo, por lo que se toma el caudal
máximo horario de tiempo seco, con un factor de seguridad de 1,5; de todas
formas, es un aspecto a evaluar en el diseño.
2.14.7 Profundidad del sedimentador
En un sedimentador, el flujo puede ser predominantemente horizontal o
vertical en función de la relación entre, la distancia de la apertura de ingreso
(hin) hasta la superficie del agua, y la distancia horizontal entre ingreso
___________________________________________________________
Parámetros y variables para el diseño del sedimentador secundario 99
salida, al nivel de la superficie del agua (remitirse a (ATV-A 131, 2001)).
La Guía técnica (ATV-A 131, 2001) distingue 4 zonas en el sedimentador,
de abajo hacia arriba se tiene: h4-zona de espesado y extracción de barro;
h3- zona de flujo gravimétrico y almacenamiento; h2- zona de
separación/zona de flujo de retorno; y h1- zona de agua clara. Cada zona
está regida por distintos modelos de sedimentación. Cabe aclarar que la
división en zonas no significa que la sedimentación se de en “capas” o
“estratos” definidos, dado que se atraviesan.
Cada una de estas zonas, tiene una profundidad determinada, en función
del modelo de sedimentación. La profundidad total del sedimentador es la
suma de las profundidades de cada zona.
Para determinar la profundidad, debe tenerse en cuenta las zonas del
sedimentador, y que en cada una ocurren distintos procesos de
sedimentación. La profundidad total se determina a partir de la suma de la
profundidad de cada zona, para las ecuaciones de cada zona remitirse a la
guía (ATV-A 131, 2001).
En relación al sistema barredor, pueden ser: puentes barredores,
dispositivos de succión, o cuchillas barredoras. Es importante tener en
cuenta que la corriente de extracción de sólidos no es exactamente igual a
la corriente de retorno de lodos. La primera es un poco menor, dado una
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Aspectos de operación: lodos filamentosos y espumas 100
corriente de “cortocircuito” cuyo dimensionado depende del tipo de
barredor.
Resumen
En este capítulo “Descripción de los parámetros de diseño y operación”, se
ha realizado una descripción de los parámetros básicos de diseño y de
operación; su definición conceptual, cómo determinarlos y los valores o
rangos de referencia. Los conceptos vertidos en el mismo, serán
fundamentales para el trabajo de la tesis, ya que parte de la misma
corresponde a la determinación de estos parámetros en la etapa de diseño
y en la etapa de operación para cada industria estudiada.
Aspectos de operación: lodos filamentosos y espumas
Un análisis de los aspectos de operación no es del alcance de esta tesis.
Sin embargo, se mencionará únicamente la problemática de los lodos
filamentosos y espumas, dado que el desarrollo de estas bacterias es una
de las mayores dificultades que acontece en la operación de los Sistemas
de Lodos Activados.
Las bacterias filamentosas crecen por fuera de los flóculos de barros
activados. Este fenómeno se denomina bulking, lodo flotante o espuma. El
bulking se define como lodo con un ISL mayor a 150 mL/g (Al-Mutairi,
2008). El lodo flotante o la espuma genera una capa en la superficie del
tanque de aireación o del sedimentador secundario que afecta la
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Aspectos de operación: lodos filamentosos y espumas 101
sedimentación, siendo perjudicial debido a dos razones: la primera es que
se produce escape de lodos en el clarificado del sedimentador secundario,
y la segunda es que no se logra el espesamiento del lodo necesario en el
sedimentador, no permitiendo la adecuada recirculación de biomasa al
reactor aireado. Como consecuencia se tiene pérdida de lodos en el
sistema, ocasionando la disminución de la MLSST en el reactor, y el
aumento de la concentración de los contaminantes (especialmente fósforo)
en el efluente de salida, debido al aumento de la fracción insoluble del
clarificado.
Condiciones que favorecen el desarrollo de las bacterias
filamentosas:
Las condiciones que favorecen el crecimiento de las filamentosas son las
mismas que deben proveerse para que ocurra la nitrificación, estas son:
carga de lodos bajas (<0,1 kg DBO5/kg SST.d) y tiempos de retención de
sólidos alto (Al-Mutairi, 2008). Otras condiciones que favorecen el
desarrollo son: temperaturas de efluente bajas (12-15°C), baja
concentración de oxígeno disuelto; alto contenido de sulfuro/sulfato,
deficiencia de nutrientes, alta concentración de amonio en el reactor
aireado, alto contenido de aceites y grasas y pH bajo.
Una descripción detallada de los aspectos de diseño de los SLA que
previenen la formación de bacterias filamentosas, y de las medidas de
combate durante la operación, se puede encontrar en (Carozzi, 2016).
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Usos y tendencias de los sistemas de tratamiento para remoción de nutrientes de los sectores industriales en estudio 102
Usos y tendencias de los sistemas de tratamiento para
remoción de nutrientes de los sectores industriales en
estudio
En esta sección se realiza un análisis de los sistemas de tratamiento para
la remoción de nutrientes y materia orgánica, que se utilizan actualmente
en el mundo, así como las tendencias en los sistemas de tratamiento, para
los sectores en estudio: frigoríficos, lácteo y malteo de cebada. A tales
efectos se relevaron, las características de los efluentes brutos y de los
pretratamientos que se utilizan para adecuar el efluente para su ingreso
posterior al sistema de tratamiento de remoción de nutrientes, y las
exigencias de vertido de efluentes y normativa asociada.
Los problemas que surgen de la contaminación de cuerpos de agua debido
al vertido de nutrientes son a nivel mundial, y las legislaciones ambientales
progresivamente han hechos más estrictos los estándares de descarga de
sus efluentes, (Environment Canada, 2000, 2012; US-EPA, 2004; World
Bank Group, 2007) lo que ha promovido la investigación y el desarrollo de
las tecnologías de tratamiento para remoción de nutrientes.
Es importante destacar que, a partir de la bibliografía relevada, se concluye
que una opción muy utilizada tanto en Europa como Norteamérica es el
vertido a plantas de saneamiento. La descarga al saneamiento es mucho
menos exigente en cuanto a los estándares que ha de cumplir el efluente,
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Usos y tendencias de los sistemas de tratamiento para remoción de nutrientes de los sectores industriales en estudio 103
cumpliéndose las exigencias con un eficiente y adecuado pretratamiento.
Esta opción exime a la industria de contar con sistemas de
nitrificación/desnitrificación, y dado el alto contenido de materia orgánica y
que no contienen sustancias tóxicas, son aptos para complementar los
tratamientos de nitrificación/desnitrificación de plantas de saneamiento
municipales, con lo cual, en varios casos incluso es promovido este vertido
por las municipalidades.
Por otra parte, cuando el vertido es a curso de agua, tal como se mencionó,
en la normativa internacional se exige la remoción de nutrientes.
2.16.1 Sector frigoríficos
Desde el punto de vista operacional y económico, es deseable el uso
combinado de tratamientos, ya que de esta manera se potencian las
ventajas de cada tecnología para lograr un efluente con cualidades
adecuadas para su vertido. Una secuencia posible es: un pretratamiento de
dos etapas, primero fisicoquímico y luego anaeróbico con recuperación de
biogás; luego- en el entendido que se requiere la remoción de nutrientes-,
es necesario un tratamiento aeróbico mediante Lodos Activados.
Adicionalmente una tendencia que se está implementando, es el uso de
tecnologías de oxidación avanzada para tratar los compuestos orgánicos
no biodegradables, y los organismos patógenos y no patógenos
(Lecompte, Ciro, & Merhvar, 2016).
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Usos y tendencias de los sistemas de tratamiento para remoción de nutrientes de los sectores industriales en estudio 104
Características de las aguas residuales de frigoríficos
Los frigoríficos generan grandes volúmenes de aguas residuales, con altas
cargas contaminantes de compuestos de origen orgánico, los cuales se
producen en la faena, el procesamiento y la limpieza de las instalaciones.
Los efluentes de frigoríficos tienen alto contenido de materia orgánica,
sólidos, grasas, fósforo y nitrógeno, así como sulfatos, microorganismos
patógenos y no patógenos. Estos contaminantes proceden sobre todo de
la sangre y el contenido intestinal en la etapa de faena, y de los lavados de
los cortes y sub-productos en las etapas subsiguientes; pero también del
estiércol y tierra procedente de la limpieza de las reses previo a la faena,
corrales de espera y camiones de transporte de ganado. Además se
encuentra en los efluentes detergentes y desinfectantes de la limpieza de
instalaciones, y pueden encontrarse sustancias veterinarias o metales (por
ej cobre) procedentes de la dieta de los animales.
De acuerdo con los contaminantes que contienen, puede observarse que
son efluentes biodegradables, y con una relación C:N adecuada para un
tratamiento de nitrificación/desnitrificación.
Por otra parte, estos efluentes al igual que otras aguas residuales de la
industria alimentaria, se descargan a elevada temperatura, lo cual en
combinación con el alto contenido de componentes orgánicos, implica el
riesgo de una mayor descomposición por acidificación de estos productos,
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Usos y tendencias de los sistemas de tratamiento para remoción de nutrientes de los sectores industriales en estudio 105
con la consiguiente generación de olores. (BAT in Slaughterhouses, 2005)
(DWA-M 767, 2014).
Así mismo, dependiendo de los sub-procesos, pueden contener
concentraciones de sal elevadas (cloruro, sulfato, nitrito, etc.), aspecto a
considerar en lo que refiere a la corrosión de las instalaciones.
Sistemas de tratamiento de efluentes de frigoríficos
i) Pretratamientos
A continuación, se realiza un análisis de las unidades (u operaciones) de
pretratamiento que son de uso habitual en los frigoríficos y a la vez son
tecnologías necesarias para adecuar el efluente para un proceso de
nitrificación/desnitrificación posterior.
Para lograr un efluente apto para la remoción biológica de nutrientes, el
pretratamiento tiene como principales objetivos maximizar la reducción de
las cargas de sólidos suspendidos y las de grasa. Las primeras porque
aportan sólidos inertes, y las grasas porque son perjudiciales para el
tratamiento biológico, dado que favorecen el desarrollo de bacterias
filamentosas, perjudicando la sedimentabilidad del lodo (Johns, 1995). En
relación a la remoción de materia orgánica, no debe maximizarse su
reducción, por el contrario, el grado de remoción de materia orgánica debe
evaluarse y diseñarse a los efectos de mantener una adecuada relación
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Usos y tendencias de los sistemas de tratamiento para remoción de nutrientes de los sectores industriales en estudio 106
C/N para la desnitrificación que se dará en etapas posteriores. Por otra
parte, considerando el alto contenido de materia orgánica de efluentes de
frigoríficos, y los costos asociados a los sistemas de tratamiento por
nitrificación/desnitrificación, es recomendable la remoción de cierta
proporción de la misma en las etapas de pretratamiento.
En base a la bibliografía (BAT in Slaughterhouses, 2005) (Lecompte, Ciro,
& Mehrab, 2015) (DWA-M 767, 2014), se sugieren las siguientes unidades
o procesos unitarios para las etapas de pretratamiento de efluentes de
frigoríficos, de manera de prepararlos para una etapa posterior de
nitrificación/desnitrificación:
Separación previa (sólidos groseros)
El primer objetivo del sistema de tratamiento consiste en evitar que lleguen
a éste, sólidos orgánicos, restos de sub-productos y otros, con alto
contenido contaminante. Además de la implementación de unidades,
deben aplicarse medidas de retención de sólidos; ya sea los barridos en
seco en explanadas y corrales, la separación de sangre y el correcto
escurrido de las reses, etc.
Un sistema de tratamiento ha de contar entonces con (DWA-M 767, 2014):
• instalaciones adecuadas para la separación de la sangre,
• separación de corrientes verdes (de fibras) y roja (de sangre y
grasas), para una mejor remoción de los sólidos groseros de cada
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Usos y tendencias de los sistemas de tratamiento para remoción de nutrientes de los sectores industriales en estudio 107
una de estas líneas. Para la corriente de fibras se utilizan
estercoleras, sedimentadores primarios, tamices estáticos, tamices
en línea con prensa extrusora, y prensas tornillo. Para la corriente
de grasas se utilizan desengrasadores y trampas de grasas.
Pretratamiento específico
Luego de este tratamiento grosero se unen ambas corrientes, sin embargo,
todavía tienen un alto contenido de sólidos, grasas, materia orgánica, por
lo que debe someterse a pretratamientos adicionales.
Las referencias mencionadas, indican el uso de:
• flotación por aire disuelto con y sin agregado de sustancias
químicas,
• digestores anaeróbicos (lagunas anaeróbicas o digestores)
• homogeneizadores,
Flotación por Aire Disuelto
En la actualidad, debido a las exigencias en la limpieza e higiene de las
instalaciones, se utilizan sustancias que emulsionan las grasas, por lo que
se encuentran en los efluentes de manera no sedimentable. En este sentido
las graseras no cuentan con eficiencia suficiente y se recomienda el uso de
Flotación por Aire Disuelto (DAF), con y sin agregado de productos
químicos (DWA-M 767, 2014).
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Usos y tendencias de los sistemas de tratamiento para remoción de nutrientes de los sectores industriales en estudio 108
Flotación sin añadir productos químicos:
Estos sistemas sólo pueden eliminar las grasas no disueltas y los sólidos
en suspensión. La DQO, DBO5 y P se reduce en aproximadamente 30 a
35%; y las tasas de eliminación de nitrógeno se encuentran entre 20 a 25%.
Flotación con agregado de productos químicos:
La incorporación de productos químicos reduce la carga de contaminación
en el doble. Se recomienda el uso de sales de hierro: FeCl3 o FeCl(SO4)
como floculante catiónico primario, puede requerir el agregado de NaOH
para regular el pH, y agregado de polielectrolitos aniónicos como floculante
secundario. El DAF es recomendable que esté ubicado en el líquido crudo,
antes del tanque de compensación.
Se logra reducir DQO y DBO5 en 80%, fósforo en 90%, nitrógeno en 65 a
75%, si el tanque de compensación está aguas abajo del DAF, y 30 a 40%
cuando el tanque homogeneizador se encuentra aguas arriba, debido a la
conversión de nitrógeno orgánico en nitrógeno amoniacal (este último se
disuelve y no precipita).
Las ventajas de contar con DAF son: la significativa reducción de la carga
orgánica (con lo cual se requiere un tratamiento biológico posterior de
menor capacidad) y la obtención de un lodo con potencial energético (apto
para una posterior digestión anaeróbica). Considerando la alta eficiencia
que se logra en términos de los parámetros de aguas residuales
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Usos y tendencias de los sistemas de tratamiento para remoción de nutrientes de los sectores industriales en estudio 109
pertinentes, y los costos de operación relativamente bajos, se recomienda
la flotación con la adición de productos químicos, sin tanque de
compensación aguas arriba, como tratamiento óptimo.
Reactores anaerobios
Como generalidad, las aguas residuales de los mataderos tienen una alta
relación N/DQO, en cuyo caso no es recomendable el uso de reactores
anaeróbicos. En casos particulares que la relación N/DQO es baja (por
ejemplo, cuando hay aporte de efluentes debido al procesamiento de cortes
y desosado), puede ser útil un tratamiento anaerobio.
Tanque de amortiguación/compensación
El uso de este tanque solo es útil si se requiere compensación horaria,
diaria o semanal. Cabe recordar que los efluentes de frigorífico tienen un
alto potencial para la formación de sustancias olorosas, (entre otros debido
a la formación de H2S), por lo cual es preferible restringir el uso de un
tanque de compensación, a los casos en que es necesario almacenar
efluente para alimentar el sistema biológico, en momentos en que por no
haber faena, no se genera efluente; en estos casos deberá preverse la
agitación, ventilación/aireación del mismo y tratamiento de la corriente de
aire. Se recomienda que este tanque se encuentre aguas abajo del
pretratamiento.
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Usos y tendencias de los sistemas de tratamiento para remoción de nutrientes de los sectores industriales en estudio 110
ii) Tratamiento para remoción de nutrientes:
Se ha impuesto el uso de sistemas de lodos activados y SBR. De acuerdo
con la Guía técnica (DWA-M 767, 2014) M 767, se utilizan sistemas de una
etapa, que implica configuraciones como desnitrificación simultánea,
alternativa, intermitente o en cascada.
Respecto al SRT, en general se tiene sistemas de aireación extendida, para
minimizar la producción de lodos, por ej SRT entre 5 y 20 días para SLA de
mezcla completa (Johns, 1995).
También hay en funcionamiento plantas con MBR, sustituyéndose el
clarificador convencional por módulos de membrana, que se utilizan ya sea
en una cámara de diafragma o directamente en el reactor de aireación.
Los sistemas de lodos activados para tratamiento de efluentes de
frigoríficos generan flóculos con sedimentabilidad relativamente pobre dado
el contenido de grasas. En lo que refiere a la deshidratación de lodos, se
realiza deshidratación mecánica, y el lixiviado se envía a la entrada de la
PTE (a las unidades de pretratamiento), sin embargo, debe incorporarse un
tanque de almacenamiento, para dosificar esta corriente de manera de
evitar pulsos de cargas. Dado que la relación DBO5/N es extremadamente
baja en esta corriente, se puede requerir una fuente de materia orgánica
externa. Además, se está probando a nivel industrial, tratamientos vía
nitrito para estos efluentes, sin embargo, todavía se está en etapa de
desarrollo (DWA-M 767, 2014, pág. /secc.9.3.2).
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Usos y tendencias de los sistemas de tratamiento para remoción de nutrientes de los sectores industriales en estudio 111
iii) Tratamiento de lodos
Lodos procedentes del DAF: estos tienen un alto poder energético; tanto si
no hay agregado de productos químicos dado que son grasas libres y
sólidos en suspensión, como si hay adición de productos químicos, ya que,
si bien las grasas están emulsionadas, contienen proteínas de la sangre y
de la carne. Por lo tanto, se presenta como una opción recomendable la
digestión anaeróbica de estos lodos. La guía alemana prevé la derivación
de estos a plantas de digestión de plantas depuradoras de aguas
municipales, o plantas de generación de biogás autorizadas.
Para el caso de lodos con adición de productos químicos, se refuerza la
recomendación realizada previamente del uso de sales de hierro, debido a
que los iones de hierro (Fe+2) iones sulfuro (S2-) se unen, formando parte
del sólido, y reduciendo las concentraciones de sulfuro de hidrógeno (H2S)
en el biogás.
Lodos del tratamiento biológico aeróbicos: dado que estos tienen un
contenido significativo de sólidos orgánicos degradables, se presenta como
la mejor opción, la recuperación energética mediante la digestión
anaeróbica. Los lodos secundarios de efluentes de frigorífico tienen alto
contenido de azufre, por tanto, es necesario dosificar sales de hierro en el
digestor, para evitar altas concentraciones de H2S en el biogás.
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Usos y tendencias de los sistemas de tratamiento para remoción de nutrientes de los sectores industriales en estudio 112
2.16.2 Sector cervecerías
La bibliografía relevada respecto a los sistemas de remoción de nutrientes
para este sector refiere a fábricas de elaboración de cerveza, en las cuales
el proceso de malteo forma parte del proceso global de elaboración de
cerveza. La industria estudiada en esta tesis realiza únicamente el malteo
de cebada, que a su vez consiste en las primeras etapas para elaboración
del mosto: remojo del grano, germinación y secado (esta última etapa, para
detener la actividad enzimática), finalizando su proceso en la obtención de
lo que se denomina cebada malteada. Sin embargo, no se pudo identificar
bibliografía específica, que describiera los sistemas de tratamientos
habituales para remoción de nutrientes, para plantas que realicen
únicamente malteo de cebada. Por tal motivo, y considerando que el malteo
forma parte del proceso, y son asimilables varias condiciones, se realizará
un análisis para el sector cervecerías.
Características de las aguas residuales de cervecerías
Las características de los efluentes generados en cervecerías son muy
variables, en función del proceso que realiza cada industria, siendo las
principales fuentes de generación: la elaboración del mosto, proceso de
fermentación y filtrado con tierras diatomeas, el lavado de botellas,
procesos CIP para los equipos y lavado de instalaciones). El efluente tiene
un radio DQO/ DBO5 entre 1,5 y 1,7 por lo que es fácilmente biodegradable
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Usos y tendencias de los sistemas de tratamiento para remoción de nutrientes de los sectores industriales en estudio 113
(DWA-M 732, 2017). Esta característica también refiere a los efluentes del
proceso de malteo, donde la materia orgánica procede principalmente de
los sólidos totales de la descarga de cascarillas, raicillas y productos de
degradación; el nitrógeno orgánico procede de las proteínas de la malta y
los aditivos, el nitrógeno inorgánico del ácido nítrico del CIP, el fósforo
puede provenir de los agentes de limpieza.
En Europa, un gran número de cervecerías envían sus efluentes a Plantas
de Tratamiento municipales; en un relevamiento realizado en 2007 en
Alemania, de 95 cervecerías, solo 8 vertían a curso de agua (DWA-M 732,
2017). En estos casos se requiere separación de sólidos, neutralización y
una disminución de la carga orgánica.
Análogamente a los sectores industriales relevados precedentemente,
cuando el vertido es a curso de agua, los estándares de vertido de DBO5,
nitrógeno y fósforo (entre otros) son más estrictos, y requiere tratamientos
de nitrificación/desnitrificación.
Sistemas de tratamiento de efluentes de cervecerías
Se describe a continuación, aquellos aspectos extrapolables al tratamiento
de efluentes procedentes del malteo de cebada.
a) Pretratamientos
Las unidades para el pretratamiento, que se proponen para adecuar el
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Usos y tendencias de los sistemas de tratamiento para remoción de nutrientes de los sectores industriales en estudio 114
efluente para una etapa posterior de nitrificación/desnitrificación son las
siguientes:
• Separación de sólidos: tamices
• Tanques de compensación: dado las fluctuaciones en volumen y en
carga, así como las variaciones de pH por las corrientes.
• Dado que los efluentes de maltería tienen una relación DBO5/nitrógeno
a desnitrificar moderada, puede ser ventajoso desde el punto de vista
económico, el tratamiento anaeróbico previo al SLA, para disminución
de la carga orgánica y recuperación de biogás. En este sentido, hay
experiencias exitosas de uso de UASB en efluentes de maltería
(Borzacconi, López, & Passeggi, 2006).
ii) Tratamiento para la remoción de nutrientes
Existen amplias experiencias con el funcionamiento de procesos de lodos
activados aeróbicos. Los efluentes de cervecerías son propensos al
desarrollo de lodos filamentosos, por lo cual no son adecuadas cargas de
lodos altas entre 0,1 y 1 kg DBO5/kg SST.d); en cambio se recomiendo
cargas de lodos entre 0,05 y 0,08 kg DBO5/kg SST.d, y contenidos de
sólidos en el reactor entre 3 y 5 g/L (DWA-M 732, 2017). Además, se
recomienda el uso de selectores para evitar el desarrollo de filamentosas.
Es esperable valores entre 120 y 180 ml/L de sólidos sedimentables,
cuando existe un buen comportamiento de sedimentación del lodo.
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Usos y tendencias de los sistemas de tratamiento para remoción de nutrientes de los sectores industriales en estudio 115
Las configuraciones de reactores de lodos activados pueden ser
desnitrificación simultánea, alternativa, intermitente, en cascada,
desnitrificación de cabeza y SBR. También hay funcionando plantas con
MBR, y de SBR con MBR.
2.16.3 Sector industrias lácteas
Características de las aguas residuales de industrias lácteas
Bajo el término industria láctea se incluyen las instalaciones que elaboran
algunos o varios, de una gama de productos derivados de la leche, entre
los que se encuentran los tradicionales (queso, manteca, leche
pasteurizada, UHT, leche en polvo, yogurt) y también productos que se han
desarrollado a partir del concepto de utilizar todos los componentes de la
leche, minimizando los residuos (en particular refiere a suero en polvo,
suero desmineralizado, caseína y suero de caseína).
Las aguas residuales se generan en: pérdidas en trasvase a tanques en la
recepción, lavado de cisternas y explanadas, lotes defectuosos, aguas de
lavado CIP, fases mixtas, condensados de vapor contaminados y agua de
refrigeración contaminada, agua de lavado del procesamiento (por ej
manteca, caseína), purgas (por ej del salado de queso), aguas ácidas y
básicas del lavado CIP de tanques, tuberías, y lavado de instalaciones,
productos líquidos fuera de especificación o defectuosos. Sin embargo las
características de las mismas variarán sustancialmente en función del
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Usos y tendencias de los sistemas de tratamiento para remoción de nutrientes de los sectores industriales en estudio 116
proceso productivo, la tecnología de producción, el régimen y por supuesto
el cuidado con que el personal trabaja con el agua.
Se resumen a continuación los rasgos más relevantes de las aguas
residuales de industrias lácteas (DWA-M 708, 2011):
• La generación de efluentes es fluctuante tanto en caudal como en
cargas, por ende, las corrientes llegan a la PTE en pulsos.
• Las corrientes brutas tienen grandes variaciones de pH en función
de su origen, por ejemplo las corrientes ácidas o básicas que
proceden de la limpieza CIP.
• Es un efluente muy fácilmente biodegradable; luego de la
degradación no hay sustancias inertes remanentes y la DQO del
efluente final puede alcanzar valores menores de 40 mg/L.
• El contenido de nitrógeno es relativamente bajo; por otra parte, la
relación DBO5/NKT es suficiente para permitir el crecimiento
bacteriano sin necesidad de agregado de nitrógeno.
• Puede contener nitrato procedente del ácido nítrico que se utiliza en
las limpiezas CIP.
• Contiene sustancias lipofílicas (grasas), que son perjudiciales para
el tratamiento biológico y promueven la formación de bacterias
filamentosas.
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Usos y tendencias de los sistemas de tratamiento para remoción de nutrientes de los sectores industriales en estudio 117
• En general contiene fósforo en exceso, y en especial los efluentes
generados en ciertas áreas de producción como la quesería y la
desmineralización del suero.
• Contiene calcio y magnesio que pueden afectar la eficiencia del
tratamiento anaerobio, y el taponamiento de membranas.
• Contiene altas cantidades de cloruro, que pueden acarrear
problemas de corrosión (entre otras las corrientes de salado de
queso).
Sistemas de tratamiento de efluentes de industrias lácteas
Al igual que los sectores anteriormente descritos, en Europa se promueve
y prevalece la descarga de efluentes “indirecta”, es decir a plantas de
tratamiento municipales. El vertido indirecto tiene menores exigencias,
alcanza con tratamiento de neutralización y desengrasado, y dependiendo
si la planta municipal está muy sobrecargada puede requerir algo de
remoción de materia orgánica. En cambio, si el vertido es a curso de agua,
las exigencias son mayores y en estos casos es obligatorio la remoción de
nutrientes.
Como regla general se sugiere la siguiente secuencia de unidades:
desengrasadores o graseras, unidades de flotación por aire disuelto,
tanques de compensación y homogeneización donde se realiza
neutralización, tratamiento anaerobio para disminución de carga orgánica y
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Usos y tendencias de los sistemas de tratamiento para remoción de nutrientes de los sectores industriales en estudio 118
tratamiento aerobio para remoción de nutrientes. Las recomendaciones
que se detallan a continuación, así como los valores de referencia, se
extrajeron de la Guía Técnica DWA-M708.
i) Pretratamiento
Como parte del tratamiento preliminar, debe implementarse en cada
corriente específica en función de su procedencia: tamices y rejas,
desarenadores y trampas de grasas o graseras.
Unidad de homogeneización: dado la variabilidad en los caudales y
características de las distintas corrientes de efluentes brutos, es
imprescindible contar con una unidad de homogeneización y
compensación, que deberá ser ventilada (pero no aireada). No es
conveniente la aireación por dos razones: la primera es no consumir la
materia orgánica fácilmente biodegradable en la etapa de
homogeneización, ya que se requerirá para la remoción biológica de
fósforo3. La segunda razón es brindar las condiciones para la
desnitrificación en el tanque de homogeneización, del nitrato que contiene
el efluente bruto. La Guía técnica DWA – A708 recomienda tiempos de
retención entre 8 y 36 horas y no mayores, con el objetivo de evitar que
3 Dado el contenido de nitrógeno moderado de las aguas residuales de industrias lácteas, la precaución que se tiene en otros sectores de no consumir materia orgánica para la desnitrificación anóxica posterior, no sería necesaria a priori, sin embargo, este supuesto debe corroborarse con medidas y análisis de la planta particular.
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Usos y tendencias de los sistemas de tratamiento para remoción de nutrientes de los sectores industriales en estudio 119
ocurra la acidificación del efluente (perdiéndose asimismo la materia
orgánica más fácilmente biodegradable), y además generando olores. En
este sentido, si el tanque se ubica en una zona que puede generar
molestias a la población, puede ser necesario que esté cubierto, y que se
aspire y trate la corriente de aire.
Neutralización: tal como se mencionó, se generan corrientes con gran
fluctuación de pH. Se recomienda la neutralización entre las mismas
corrientes en la unidad de homogeneización, y solo agregar sustancias
químicas para ajustar, de manera de no aumentar la salinización del
efluente.
Unidad de contingencia: en este tipo de industrias es necesario contar con
un volumen de contingencia, dado que son habituales la generación de
pulsos de efluentes, ya sea por derrames, escapes de procesos, etc, que
deben derivarse a la unidad de contingencia para luego dosificarse a la
PTE. Adicionalmente se requiere una medición en línea en la corriente de
efluente de entrada, para detectar desviaciones; esta medición puede ser
de conductividad, turbidez o pH.
Flotación por aire disuelto: se ha impuesto el uso de DAF con agregado de
floculantes y coagulantes. Además, es frecuente que se requiera ajuste de
pH, lo cual se realiza con soda o ácido clorhídrico. Se recomienda una
carga superficial entre 5 y 10 m3/m2/h (Guía técnica DWA-M 708, 2011,
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Usos y tendencias de los sistemas de tratamiento para remoción de nutrientes de los sectores industriales en estudio 120
sección 6.3.2.5). Se recomienda que el equipo DAF cuente con cierta
tecnología, entre otras un loop para agregado del floculador, sistema de
barredores de plástico o acero inoxidable y cadena de acero inoxidable, y
separación de sólidos tipo placas lamella. En estas condiciones se puede
remover entre 40 y 60% de DQO. El flotado obtenido en el DAF incluyendo
el que se agregó productos químicos, es apto para la digestión anaeróbica.
Tratamiento anaeróbico:
Dado el alto contenido de cargas orgánicas, el uso de reactores
anaeróbicos es recomendable, como ser reactores EGSB, UASB y de lecho
fijo anaeróbico4. Sin embargo, el efluente tiene alto contenido de grasas,
calcio, fósforo, y agentes de limpieza, que perjudican el rendimiento del
reactor anaeróbico. En particular las grasas precisan tiempos de retención
mayores para su degradación, pero sobre todo se adhieren a la biomasa y
dificultan la formación de lodo granular, por lo que en general se
recomienda implementar pretratamientos intensivos como ser el DAF para
su eliminación. Cabe señalar, que como alternativa se han diseñado
modificaciones tecnológicas a los UASB, que permiten el tratamiento
anaeróbico sin la necesidad de pretratamientos intensivos para eliminación
de grasas (Passeggi, López, & Borzacconi, 2009).
4 En Alemania hay en gran escala dos plantas con reactores de lecho fijo y dos con UASB
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Usos y tendencias de los sistemas de tratamiento para remoción de nutrientes de los sectores industriales en estudio 121
En los casos en que hay un tratamiento anaerobio previo, se pueden
alcanzar valores de degradación de DQO entre 70-80%, pero en el diseño
de la eficiencia a operar, debe preverse que luego se necesitará materia
orgánica fácilmente biodegradable, para la eliminación biológica de fósforo.
ii) Tratamiento para remoción de nutrientes
Dado la propensión a la formación de lodos flotantes en el tratamiento de
efluentes de industrias lácteas, son necesarios las configuraciones en flujo
pistón, lo cual se obtiene con SLA con desnitrificación de cabeza
(alargados), SLA en cascada o intermitentes y SBR.
En el pasado se utilizaron sistemas con configuración de mezcla completa,
con el resultado de Índices de Sedimentabilidad de Lodos muy altos,
mayores a 200 mL/gr.
Se recomienda cargas de lodos entre 0,05 y 0,2 kg DBO5/kg SST.d , y con
estas cargas se han obtenido en plantas reales, ISL en el orden de 100
mL/g (Guía técnica DWA-M 708, 2011).
Dado que contiene fósforo en exceso, se recomienda la remoción biológica
de fósforo además del agregado de sales para la remoción fisicoquímica.
Como los efluentes brutos pueden contener nitratos, la secuencia de las
zonas se recomienda sea: anóxico-anaeróbico-aeróbico. En los reactores
SBR la secuencia se ajusta en el orden de las fases de tiempo. Es
___________________________________________________________
Usos y tendencias de los sistemas de tratamiento para remoción de nutrientes de los sectores industriales en estudio 122
imprescindible para ello contar con instrumentación automática de OD,
amonio, nitrato y fósforo.
Respecto a la precipitación simultánea de fósforo, se recomienda el
agregado de sales de hierro o aluminio. En una planta de tratamiento de
aguas residuales industrial a gran escala, se realiza una recuperación de P
como fosfato de magnesio y amonio (MAP) a gran escala (DWA-M 708,
2011).
Si bien se utilizan membranas MBR, su uso no ha prevalecido en industrias
lácteas, dado el contenido de calcio, magnesio y grasas que obstruyen las
membranas.
iii) Tratamiento de lodos
Tal como se comentó precedentemente, los lodos grasos del DAF y
desengrasadores se derivan a digestión anaeróbica. El exceso de lodo,
resultante del SLA, es posible utilizarlo como mejorador de suelo y
representa una ruta de eliminación común (DWA-M 708, 2011).
___________________________________________________________
Introducción a la metodología de análisis 123
CAPÍTULO 3 – Metodología de análisis
Introducción a la metodología de análisis
De manera muy general y a los efectos introductorios, alguno de los
objetivos que se plantearon en la tesis fueron los siguientes:
- Evaluar la configuración del Sistema de Lodos Activados, y su
conveniencia en función de las características del efluente.
- Evaluar la aptitud de los sistemas de pretratamiento, a los efectos de
lograr un influente que cumpla con los requerimientos del sistema de
remoción de nutrientes que ingresa posteriormente.
- Evaluar los valores de los parámetros de diseño propuestos en la
etapa de proyecto, y si estos rangos son adecuados en función de los
parámetros de operación.
- Evaluar los Sistemas de Lodos activados en cuanto a su aptitud para
cumplir con los estándares de vertido para los cuales fue diseñado,
en función de los resultados obtenidos.
La evaluación de los aspectos de diseño del proyecto de ingeniería, se
realizan a la luz de los resultados obtenidos luego, en la operación de
dichos proyectos.
A los efectos de cumplir los objetivos, se plantea en primera instancia
evaluar cada uno de los casos de estudio independientemente. Luego del
___________________________________________________________
Descripción de la sistemática de análisis para cada industria 124
abordaje individual, se realiza un análisis conjunto y se exponen las
conclusiones generales.
Sistemática para cada industria:
1) Análisis de los aspectos de diseño del proyecto de ingeniería
2) Análisis de la operación en régimen de la PTE
3) Conclusiones particulares para el caso en estudio
Evaluación conjunta:
4) Análisis de los sistemas de tratamiento: condiciones de diseño y
operación
5) Conclusiones generales
Descripción de la sistemática de análisis para cada
industria
Cada uno de los temas a estudiar para cada industria, se organizan en
secciones. A continuación, se detallan los contenidos de cada sección y
correspondientes sub-secciones.
Sección 1: Análisis de los aspectos de diseño del proyecto de ingeniería
Se realiza un análisis de cada proyecto de ingeniería en su etapa de diseño;
para lo cual se relevaron los proyectos presentados por cada industria en
estudio, y aprobados por DINAMA. A tales efectos se realizó una solicitud
___________________________________________________________
Descripción de la sistemática de análisis para cada industria 125
de acceso a la información a DINAMA, en el marco de la Ley de información
pública
A manera de sistematizar el análisis, se propone las siguientes sub-
secciones:
1.1) Descripción de la industria
a) Tipo y nivel de actividad
b) Características del efluente bruto generado
1.2) Descripción del diagrama de flujo de la PTE
a) Pretratamiento
b) Configuración del Sistema de Lodos Activados
c) Tratamiento de barros
d) Aspectos constructivos
e) Relación con la Planta de tratamiento anterior
1.3) Análisis de los parámetros de diseño del SLA
1.1) Descripción de la industria
Tipo y nivel de actividad: en primer lugar, se describe brevemente el ramo
industrial y se establece el nivel de actividad para el cual se basó el diseño
del proyecto, lo que determina las características del efluente bruto que se
genera.
Características del efluente bruto generado: La información sobre
contenido de los contaminantes en las corrientes de efluente bruto,
___________________________________________________________
Descripción de la sistemática de análisis para cada industria 126
corresponde en todos los casos a datos reales de análisis, dado que todas
las industrias se encontraban funcionando con anterioridad a la
presentación de los proyectos de ingeniería para remoción de nutrientes.
En relación con los caudales de diseño, corresponde a cálculos en base al
consumo de agua por unidad de producción, también todos los casos son
en base a valores reales de cada industria.
A partir de la información anterior, se establecen caudales, concentración
y carga del efluente que se genera en el proceso.
A los efectos de facilitar la comprensión de las secciones que se plantea
estudiar; se denominará “efluente bruto generado”, al efluente previo a la
etapa de pretratamiento, e “influente al SLA” al efluente que ingresa al
sistema de remoción de nitrógeno y fósforo. Si bien en el contexto mismo
queda clara la diferencia, en una lectura rápida se puede confundir la
primera expresión con la segunda, por lo cual se definió denominarlos de
manera distinta para resaltar esa diferencia. El análisis de las
características del efluente en cada una de estas etapas será fundamental
en el estudio del pretratamiento propuesto.
1.2) Descripción del diagrama de flujo de la PTE
Se realiza un análisis de las unidades que conforman la Planta de
Tratamiento de Efluentes, agrupándolas en dos conjuntos: el
pretratamiento y el Sistema de Lodos Activados. No se analizan ni
presentan, las unidades posteriores de desinfección o maduración, dado
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Descripción de la sistemática de análisis para cada industria 127
que no es de interés para el tema en cuestión. La información para realizar
dicho estudio se tomó de los proyectos de ingeniería presentados, y de la
verificación en campo, habiéndose realizado al menos 5 visitas a cada una
de las industrias, durante las distintas etapas de la construcción, puesta en
marcha y operación.
Descripción del pretratamiento: pretende resaltar las operaciones unitarias
que lo conforman, a los efectos de evaluar la adecuación del efluente bruto,
para el ingreso posterior al sistema de remoción de nitrógeno y fósforo.
Configuración del SLA: la descripción del Sistema de Lodos Activados,
tiene por objeto mostrar las distintas configuraciones que se han propuesto
en nuestro país y están operando, en función de las distintas características
de los efluentes a tratar; correlacionándolo con los requerimientos, ventajas
y desventajas presentadas en la sección 2.5.
Finalmente se describen aspectos del tratamiento de los barros, y una
descripción del sistema de tratamiento que tenía anteriormente la industria,
estos son importantes en cuanto fueron factores que incidieron en la
definición del SLA por el cual optó la industria.
1.3) Parámetros de diseño del Sistema de Lodos Activados
Tal como se mencionó anteriormente, este es uno de los temas
primordiales de la tesis, dado que se evalúan los principales parámetros de
diseño y los valores que se han utilizado en nuestro país; y más importante
___________________________________________________________
Descripción de la sistemática de análisis para cada industria 128
aún, se propone una metodología que pueda utilizarse para el diseño de
nuevos proyectos.
Él análisis de los parámetros de diseño, consta de los siguientes pasos:
i. Elegir una metodología para el diseño y evaluar su aplicabilidad
a las condiciones en que se utiliza.
ii. Determinar los parámetros característicos de dicha metodología;
identificar los valores y rangos de dichos parámetros, en este
caso a partir de bibliografía.
iii. Evaluar los valores obtenidos de los parámetros con las
condiciones reales de operación.
A continuación, se realiza una breve explicación de los pasos mencionados.
Elección de la metodología de diseño:
Es necesario señalar que éste es un proceso de verificación de los
parámetros en base a una metodología de cálculo que se propone, pero no
de diseño, ya que toma como punto de partida las condiciones impuestas,
y los resultados obtenidos en el diseño.
En ese sentido, es importante la siguiente apreciación: cada empresa
presentó su proyecto mediante una metodología de diseño propia; sin
embargo, a los efectos de analizar y comparar los parámetros de diseño,
debe utilizarse la misma base de cálculo.
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Descripción de la sistemática de análisis para cada industria 129
Por esta razón, se plantea una metodología, en base a la Guía técnica A-
131, la cual se describe detalladamente en el capítulo “3.3 –Procedimiento
para relevar los parámetros de diseño”. Como uno de los productos de la
tesis, se elaboró el algoritmo de cálculo en una hoja Excel.
Determinación de los parámetros de diseño:
A los efectos de facilitar el entendimiento, en relación con los parámetros
de diseño, es útil distinguir tres grupos de parámetros:
i) Variables de entrada: estos son las características del influente
(concentración, carga y caudales).
ii) Parámetros de diseño fijos: aquellos que han quedado fijos a partir
de la etapa de diseño, y por ende son complejos de cambiar, como
ser: el volumen del reactor, la relación de volúmenes de reactores,
configuración del SLA, geometría del sedimentador, área y
profundidad del sedimentador, carga hidráulica, temperatura del
líquido en el reactor, entre otros.
iii) Parámetros de referencia: de manera análoga a cualquier proceso
de diseño, estos corresponden a los parámetros que caracterizan
la unidad o proceso de tratamiento de efluentes, y se definen de
manera que muestran la interrelación de las variables básicas de
las que dependen. Además, para una adecuada operación, la
unidad de tratamiento debe diseñarse de manera que durante la
operación, estos parámetros tomen ciertos valores dentro de
___________________________________________________________
Descripción de la sistemática de análisis para cada industria 130
límites o rangos de referencia. La determinación de los valores o
rangos de referencia se realiza a partir de la experiencia de
situaciones similares, o como es el caso de nuestro país en el cual
no hay experiencia previa, deben aproximarse en primera
instancia a partir de bibliografía.
Para el caso en estudio, Sistemas de Lodos Activados, los parámetros de
referencia atañen a parámetros que evalúan los aspectos biológicos, y en
base a la metodología a utilizar (ATV-A 131, 2001), se seleccionan los
siguientes: MLSST, SRT, ISL producción específica de lodos, producción
total de lodos, relación de recirculación, recirculación de lodos, recirculación
de nitratos, capacidad de desnitrificación, producción de lodos de fósforo y
requerimientos de oxígeno, cuya definición fue realizada en el capítulo
“2.11-Descripción de los parámetros de diseño y operación”
El análisis en este paso consiste en evaluar los valores elegidos por las
industrias, de los parámetros de referencia y compararlos con los valores
de bibliografía, (y en la siguiente sección se comparan con los valores de
dichos parámetros en las condiciones reales de operación).
Cabe mencionar que en realidad el ISL y la producción específica de
sólidos, no son parámetros perfectamente “elegibles” por el proyectista, los
valores que tomarán deben suponerse como parte del diseño, y luego
verificarse durante la operación, dado que dependen en ambos casos del
crecimiento de los microorganismos. Por otra parte, hay ciertas condiciones
___________________________________________________________
Descripción de la sistemática de análisis para cada industria 131
que se pueden imponer al sistema, para favorecer que estos parámetros
tomen los valores que se supusieron.
En la tesis, como parte del análisis de los aspectos de diseño, se aplica a
cada industria la metodología para el cálculo de los parámetros de diseño,
lo que implica:
a) identificar las variables de entrada, en particular las características
del influente que ingresa al SLA. Esta información corresponde- en
la etapa de proyecto- al cálculo a partir del efluente bruto (conocido
y/o medido), y suponiendo una eficiencia para cada una de las
etapas de pretratamiento. En varios casos, muchas de las unidades
de pretratamiento ya eran existentes, por lo que cierta información
corresponde a eficiencias reales, y otra se estima como parte del
proyecto. Se indicará el origen de la información en el estudio de
cada industria particular.
b) identificar los parámetros fijos
c) calcular los valores de los parámetros de referencia relacionados
con el reactor biológico y el sedimentador secundario.
Por otra parte, respecto a la comparación de los parámetros de diseño con
valores y/o rangos de referencia de bibliografía: debe tenerse en cuenta
que justamente estos valores son referencias, y como tales no implica que
el hecho de no encontrarse en los valores previsto prevea una inadecuada
operación del SLA. No es posible predecir de antemano cómo se comporta
___________________________________________________________
Descripción de la sistemática de análisis para cada industria 132
el sistema particular cuando se encuentra por fuera o en los extremos de
las referencias propuestas; entre otras razones debido a que existe una
interrelación de los parámetros de diseño. Por tal motivo, los valores de
referencia deben tomarse como tales: indicativos. Además, parte de la
presente tesis consiste en evaluar (y eventualmente proponer), valores de
referencia adaptados para los casos puntuales de estudio.
Sección 2: Análisis de la operación en régimen de la PTE
Esta sección pretende mostrar los resultados de la operación de cada una
de las industrias en estudio, y, en forma parcial (debido a que hasta el
momento ha transcurrido poco tiempo de operación), consiste en la
validación general de las condiciones de operación previstas en el diseño
de cada proyecto.
Los datos que se presentan: concentración de efluentes brutos, efluente
que ingresa al SLA y efluente de salida; parámetros de operación (en el
SLA: concentración de SST, Sólidos Sedimentables, Oxígeno disuelto, pH;
proporciones de recirculación, caudales de efluente, caudales de purga,
etc), corresponden en todos los casos a datos reales medidos por cada
empresa. Además, se tomaron los datos de resultados de análisis del
efluente vertido, de la empresa y de inspecciones de DINAMA.
Esta sección cuenta con las siguientes sub-secciones
2.1) Verificación de la operación en régimen
___________________________________________________________
Descripción de la sistemática de análisis para cada industria 133
2.2) Análisis de los parámetros de operación del SLA
2.3) Análisis de la aptitud y eficiencia de la PTE
2.1) Verificación de la operación en régimen
Como actividad previa al análisis de las condiciones de operación, debió
determinarse el momento a partir del cual, la PTE se encuentra en régimen;
esto se realizó a partir de un seguimiento de los datos reales y medidos de
cada industria. Cabe indicar que no se presentan los datos, ni se analiza el
período de puesta en régimen, ya que no corresponde al alcance de la
presente tesis.
Una vez definido el momento que la PTE se encuentra en régimen, se
realiza un relevamiento de las condiciones de entrada. Este aspecto es
fundamental para comprobar que corresponden a las previstas en el
diseño, (nivel de producción y efluente bruto que se genera), y por ende la
PTE está trabajando a la máxima capacidad para la cual se diseñó. No es
lo mismo que los resultados sean favorables, pero esté trabajando a menor
capacidad que la diseñada. Por lo tanto, como primera actividad en esta
sección, se realiza un relevamiento del nivel de producción, y del efluente
bruto que se genera, para el período de estudio.
2.2) Análisis de los parámetros de operación
La siguiente etapa consiste en relevar el influente al SLA y las condiciones
de operación, como se mencionó a partir de datos reales, a los efectos de
compararlo con los parámetros de diseño del proyecto. Un aspecto
___________________________________________________________
Descripción de la sistemática de análisis para cada industria 134
importante, y que consiste en una limitante del estudio, consiste en el hecho
que se utilizan datos promedio para todo el período. Cabe indicar que los
datos fueron provistos por las empresas, que no tienen como objetivo la
evaluación de estos parámetros particulares, y en el control operacional no
tienen por qué ser necesarios. Si se quisiera evaluar de una manera
estadística, hay que diseñar la medición.
2.3) Análisis de la aptitud y eficiencia de la PTE
El último punto en este capítulo es relevar la aptitud de la PTE, en cuanto
a su capacidad para alcanzar los requerimientos del efluente de salida. Se
entiende que esta aptitud se verificaría en tres etapas consecutivas:
i. Las condiciones de operación de la PTE, se logren los valores de
vertido y alcance la eficiencia de remoción de contaminantes para
la que fue diseñada.
ii. la operación en esas condiciones sea robusta y sostenible en el
tiempo;
iii. por último, un paso más allá, lograr unas condiciones de
operación en la que se alcancen los dos pasos anteriores, y los
costos sean lo menor posible; en otras palabras que la operación
de la PTE tenga eficiencia económica.
El análisis de los puntos ii) y iii) trascienden los objetivos de la tesis; se
evalúa el punto i), mediante la evaluación de las características del efluente
___________________________________________________________
Descripción de la sistemática de análisis para cada industria 135
de salida, y la eficiencia del proceso de tratamiento (considerando las
cargas de entrada y de salida).
Sección 3: Conclusiones particulares para cada caso en estudio
Las conclusiones específicas para cada sistema de tratamiento consisten
en evaluar a partir de los resultados de operación la conformidad del
pretratamiento, de la configuración del SLA y de los parámetros de diseño;
verificando, para aquellos casos en que se cuenta con información
suficiente, las ventajas propuestas en la bibliografía de referencia de cada
pretratamiento y configuración del SLA.
___________________________________________________________
Procedimiento para relevar los parámetros de diseño del SLA 136
Procedimiento para relevar los parámetros de diseño
del SLA
Este apartado, se describe una metodología de cálculo, (un algoritmo) para
evaluar los parámetros de diseño, la cual se aplicará a cada industria.
Procedimiento de cálculo:
Características del Influente:
1. Identificar las características del influente al SLA (caudales,
concentración y cargas relevantes). Esto corresponde a un cálculo
específico para cada industria, a partir de datos de efluente bruto
generado, que depende de la eficiencia del pretratamiento. Tanto las
características del efluente bruto como la eficiencia del pretratamiento
son datos de la SADI.
2. Identificar la aptitud del influente en cuanto a su degradabilidad
DBO5/DQO y relación (DBO5/Nitrógeno a desnitrificar del influente).
Como una primera aproximación, se calcula la relación DBO5/NKT. En
realidad no todo el NKT del influente se transformará en nitrato, ni todo
el nitrato formado se desnitrificará (cfr. sección 2.12.9 -Cantidad de
nitrato a desnitrificar), por lo que ha de tenerse en cuenta que este valor
es una estimación gruesa, que puede ser útil para contar con un valor
indicativo inicial, y luego deberá realizarse un cálculo más preciso.
___________________________________________________________
Procedimiento para relevar los parámetros de diseño del SLA 137
Requerimientos del efluente de salida:
3. Identificar los requerimientos del efluente de salida. Este dato
corresponde a la normativa, excepto para situaciones particulares:
existen casos en los que se ha establecido otros límites más restrictivos,
o por el contrario, casos en los cuales hay un tratamiento posterior (por
ej pulido en lagunas); cualquier sea la situación, los requerimientos se
encuentran definidos en la SADI.
Configuración y dimensiones del SLA
4. Identificar la configuración del SLA planteado: los reactores, zonas o
ciclos, anóxico, aerobio y anaerobio del SLA, dimensiones y volúmenes:
VAT , Vanóx, Vaireado, VD/VAT .
Parámetros relacionados con la capacidad del reactor biológico
5. Tomar un valor de temperatura de diseño (en base al conocimiento del
proceso y las condiciones climáticas)
6. Calcular la carga de DBO5 (kg DBO5 que ingresan/d)
7. Identificar el valor de MLSST de diseño, propuesto por la empresa
8. Determinar la masa de sólidos en el reactor biológico (𝑀𝑎𝑠𝑎𝑆𝑆𝑇)
disponible para degradar la carga orgánica de entrada, a partir del valor
de MLSST y el volumen del reactor biológico (𝑉𝐴𝑇);
𝑀𝑎𝑠𝑎𝑆𝑆𝑇 = 𝑉𝐴𝑇 . 𝑀𝐿𝑆𝑆𝑇, MLSST se sugiere entre 3 a 7 kg/m3.
___________________________________________________________
Procedimiento para relevar los parámetros de diseño del SLA 138
9. Calcular la carga de lodos con Ec ( 8),
𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑑𝑜𝑠 =𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝐷𝐵𝑂 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎
𝑉𝐴𝑇 . 𝑀𝐿𝑆𝑆𝑇
y verificar que se encuentra dentro de los valores de referencia dados
por bibliografía (entre 0,05 a 0,08 para cervecerías (DWA-M 732, 2017),
y entre 0,05 a 0,15 para frigoríficos (ATV - M767, 1988), ver capítulo
2.12.2- Carga de lodos”), lo que permite verificar que la masa de
microorganismos (disponible según determinada en el paso anterior)
será suficiente.
10. Calcular la Producción Específica de Sólidos debido a la degradación
carbonosa (𝑆𝑃 𝑒𝑠𝑝,𝐷𝐵𝑂) a partir de la Ec ( 18) .
𝑆𝑃 𝑒𝑠𝑝,𝐷𝐵𝑂 =𝑆𝑃𝑑,𝐶
𝐵𝐷𝐵𝑂,𝐼𝐴𝑇= . (0,75 −
(1−0,2).0,75.𝐾𝑑𝐻.𝑓𝑇.𝑆𝑅𝑇
1+𝐾𝑑𝐻.𝑓𝑇.𝑆𝑅𝑇+ 0,6.
𝑋𝑆𝑆,𝐼𝐴𝑇
𝐶𝐷𝐵𝑂,𝐼𝐴𝑇)
Para ello debe identificarse previamente, las características del influente
asumidos por la empresa, en particular la relación 𝑋𝑆𝑆,𝐼𝐴𝑇 𝐶𝐷𝐵𝑂,𝐼𝐴𝑇⁄ , esto es
un dato de la SADI. Verificar que el valor se encuentre entre los rangos
recomendados (0,4 a 0,6 kg SST producidos/ kg DBO5 que ingresan)
indicados en el capítulo 2.12.6 -”Producción Específica de Sólidos”
11. Calcular el SRT a partir de la Ec ( 19)
𝑆𝑅𝑇 = 1
𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑑𝑜𝑠 𝑥 𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐í𝑓𝑖𝑐𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑑𝑜𝑠
Verificar que es mayor a la edad de lodos mínima, y no mucho mayor que
el SRT requerido para la estabilización de lodos
___________________________________________________________
Procedimiento para relevar los parámetros de diseño del SLA 139
12. Calcular la producción de sólidos debido a la degradación de carbono
(𝑆𝑃𝑑,𝐶), a partir de la Ec ( 17),
𝑆𝑃𝑑,𝐶 = 𝑆𝑃𝑒𝑠𝑝,𝐷𝐵𝑂 𝑥𝐵𝐷𝐵𝑂
Parámetros relacionados con la remoción de fósforo
13. Calcular la cantidad diaria de fósforo que se debe precipitar, con la Ec
( 36).
𝑋𝑃,𝑝𝑟𝑒𝑐𝑖𝑝 = 𝐶𝑃,𝐼𝐴𝑇 − 𝐶𝑃,𝐸𝑆𝑇 − 𝑋𝑃,𝐵𝑀 − 𝑋𝑃,𝐵𝑖𝑜𝑃
14. Calcular la Producción de lodos debido a la remoción de fósforo (lodos
que se generan por precipitación fisicoquímica, y lodos biológicos del
proceso de bioaumentación), utilizando la Ec ( 38).
𝑆𝑃𝑑,𝑃 = 𝑄𝐷 . (3. 𝑋𝐵𝑖𝑜𝑃 + 6,8. 𝑋𝑃,𝑃𝑟𝑒𝑐,𝐹𝑒 + 5,3. 𝑋𝑃,𝑃𝑟𝑒𝑐,𝐴𝑙 )/1000 (𝑘𝑔 𝑑⁄ )
15. Verificación del reactor anaeróbico, en el caso que los haya, recordando
que el TRH debe dimensionarse para 0,5 a 0,75 horas. El caudal que
se toma es el de entrada más la recirculación (Qd + Qrecirculación)
Producción total de sólidos
16. Calcular la Producción total de sólidos a partir de la Ec ( 16)
𝑆𝑃𝑑 = 𝑆𝑃𝑑,𝐶 + 𝑆𝑃𝑑,𝑃
Para continuar calculando los parámetros asociados al reactor biológico, es
necesario determinar aquellos parámetros del sedimentador secundario
___________________________________________________________
Procedimiento para relevar los parámetros de diseño del SLA 140
que influyen en el reactor; por lo tanto, los siguientes pasos refieren al
sedimentador.
Parámetros relacionados con el sedimentador secundario
17. Identificar la geometría, el área superficial y la profundidad útil (que es
la profundidad disponible) del sedimentador.
18. Calcular la carga hidráulica a partir del caudal máximo horario brindado
por la empresa en la SADI y el área superficial; verificar que se
encuentra dentro de los rangos de referencia a los efectos de garantizar
que no haya escape de sólidos, como recomendación qA< 0,5 m3/m2/h.
19. Identificar el ISL propuesto por la empresa para el diseño. En general
este valor lo estimará a partir de: información conocida de las
características del efluente, (ya que las plantas estaban funcionando
anteriormente), de la configuración del SLA elegida (mezcla completa o
flujo pistón) y de la existencia o no de selectores; a los efectos de ser
conservadores en el cálculo es conveniente tomar valores altos (por ej
120-150 mg/L), valores comparativos en capítulo “2.14.1 - Índice de
Sedimentabilidad de lodos”
20. Identificar el valor de tiempo de espesado utilizado por la empresa
(como generalidad se estima en 2 horas).
21. Calcular la concentración de sólidos en el fondo del sedimentador
(SSTBS), utilizando la Ec ( 41), tomando un tiempo de espesado TE= 2
horas, y el ISL provisto por la empresa.
___________________________________________________________
Procedimiento para relevar los parámetros de diseño del SLA 141
𝑆𝑆𝑇𝐵𝑆 =1000
𝐼𝑆𝐿. √𝑇𝐸
3
22. Calcular la concentración de sólidos en la recirculación de lodos (𝑆𝑆𝑇𝑅𝐿),
la cual es función de la concentración de sólidos en el fondo del
sedimentador y del barredor de fondo, (𝑆𝑆𝑇𝑅𝐿 = 𝑆𝑆𝑇𝐵𝑆) o 0,7. 𝑆𝑆𝑇𝐵𝑆 =
𝑆𝑆𝑇𝑅𝐿.
23. Calcular la recirculación de lodos requerida 𝑅𝐿, verificar que se
encuentre en rangos adecuados, según capítulo “2.14.3 - Relación de
Recirculación de lodos”, y el caudal de la recirculación de lodos.
𝑅𝐿 =𝑀𝐿𝑆𝑆𝑇
𝑆𝑆𝑇𝑅𝐿−𝑀𝐿𝑆𝑆𝑇 𝑅𝐿 = 𝑄𝑅𝐿 𝑄⁄
24. Verificar la profundidad requerida del sedimentador secundario a los
efectos de asegurar una adecuada concentración de los barros y
alcanzar la concentración de sólidos necesaria en el fondo del
sedimentador. En esta etapa en el cual el diseño ya está realizado, la
profundidad ya está definida. Debe verificarse que Profundidad requerida
< Profundidad disponible. La última, es dato del proyecto; la primera se
calcula mediante las ecuaciones del sedimentador secundario zona
(ATV-A 131, 2001).
Parámetros relacionados con la purga (masa de sólidos y caudal de purga)
25. Calcular el Caudal de Purgas, utilizando la Ec ( 15),
𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠 = 𝑀𝑎𝑠𝑎𝑆𝑆𝑇,𝑒𝑛 𝑝𝑢𝑟𝑔𝑎 + 𝑀𝑎𝑠𝑎𝑆𝑆𝑇,𝑐𝑙𝑎𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐
= 𝑄𝑃 . 𝑆𝑆𝑇𝑃 + (𝑄 − 𝑄𝑃 ). 𝑆𝑆𝑇𝐸𝑆𝑇
___________________________________________________________
Procedimiento para relevar los parámetros de diseño del SLA 142
Debe considerarse que:
25.1. El valor de SSTEST se establece a partir de los requerimientos del
efluente. Es un dato de la SADI.
25.2. La concentración de sólidos en la purga, es la misma que la de la
recirculación (ésta última fue calculada más arriba), 𝑆𝑆𝑇𝑃 =
𝑆𝑆𝑇𝑅𝐿.
26. Una vez obtenido el caudal de purga, a partir de la misma Ec ( 15) , se
calcula la masa de sólidos que se van con la purga
𝑀𝑎𝑠𝑎𝑆𝑆𝑇,𝑒𝑛 𝑝𝑢𝑟𝑔𝑎 (𝑘𝑔 𝑆𝑆𝑇/𝑑í𝑎) y la masa de sólidos que se van con el
efluente 𝑀𝑎𝑠𝑎𝑆𝑆𝑇,𝑐𝑙𝑎𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐 (𝑘𝑔 𝑆𝑆𝑇/𝑑í𝑎).
Parámetros relacionados con la capacidad de desnitrificación y la relación
de recirculación total
27. Calcular el amonio diario a nitrificar, utilizando la Ec ( 20) (ver “capítulo
2.12.8 - Cantidad de amonio a nitrificar”)
En general el valor de NKT del influente es un dato del proyecto. A
veces no se cuenta con el mismo, pero se tiene el valor de Ntotal en
el influente, (Ntot = NKT + NO-3). Suponiendo que los influentes de
los rubros industriales en estudio, no contienen nitrato a la entrada,
se aproxima (Ntotal=Nitrógeno a nitrificar). Ambos datos: NKT y
Ntotal, en el influente son datos de la SADI.
𝑆𝑁𝐻4,𝑎 𝑛𝑖𝑡𝑟𝑖𝑓 = 𝐶 NKT, 𝐼𝐴𝑇 − (𝑆𝑁𝑜𝑟𝑔, 𝐸𝑆𝑇 + 𝑆𝑁𝐻4, 𝐸𝑆𝑇 + 𝑋𝑁𝑜𝑟𝑔, 𝐵𝑀)
___________________________________________________________
Procedimiento para relevar los parámetros de diseño del SLA 143
28. Calcular la relación de recirculación necesaria (RCtot), con la Ec ( 29), a
partir de la concentración de amonio a nitrificar, y la concentración de
nitrato en el clarificado del sedimentador secundario; verificar si RC se
encuentra dentro de los rangos de referencia.
𝑅𝐶 = 𝑆𝑁𝐻4,𝑎 𝑛𝑖𝑡𝑟𝑖𝑓
𝑆𝑁𝑂3,𝐸𝑆𝑇− 1
A modo de recomendación el 2< RC < 4 (para efluentes domésticos)
29. Calcular la eficiencia de desnitrificación posible de obtener a partir de
esa recirculación total Ec ( 27).
𝐸𝐷𝑁 =𝑅𝐶𝑡𝑜𝑡
1 + 𝑅𝐶𝑡𝑜𝑡
30. Calcular la capacidad de desnitrificación, Ec ( 22).
𝑐𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑛𝑖𝑡𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑐𝑖ó𝑛 =𝑐𝑜𝑛𝑐.𝑑𝑒 𝑛𝑖𝑡𝑟𝑎𝑡𝑜 𝑎 𝑑𝑒𝑠𝑛𝑖𝑡𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑟
𝑐𝑜𝑛𝑐.𝑑𝑒 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎 𝑜𝑟𝑔á𝑛𝑖𝑐𝑎=
𝑆𝑁𝑂3,a 𝑑𝑒𝑠𝑛𝑖𝑡
𝐶𝐷𝐵𝑂, 𝐼𝐴𝑇
Verificar que se cuenta con suficiente materia orgánica para lo cual el
inverso de la capacidad de nitrificación debe ser mayor a 4.
31. Identificar la relación 𝑉𝐷 𝑉𝐴𝑇⁄ del proyecto, en función de los volúmenes
que ya han quedado fijos del reactor, zona anóxica-zona aireada. Esto
es (𝑉𝐷 𝑉𝐴𝑇⁄ ) disponible, dato del proyecto.
32. Calcular la relación (𝑉𝐷 𝑉𝐴𝑇⁄ ) requerida, en función de la capacidad de
desnitrificación, y la Ec ( 24) o los valores tabulados en guía (ATV-A
131, 2001).
33. Verificar que (𝑉𝐷 𝑉𝐴𝑇⁄ ) disponible > (𝑉𝐷 𝑉𝐴𝑇⁄ ) requerido.
___________________________________________________________
Procedimiento para evaluar los parámetros de operación 144
Parámetros relacionados con el requerimiento de oxígeno
34. Calcular el requerimiento de oxígeno, para lo cual se debe calcular
oxígeno requerido para oxidar materia orgánica, oxígeno requerido para
nitrificación, y oxígeno recuperado en la oxidación de nitrato. Tener en
cuenta factores fN y fC, según se describe en “capítulo 2.12.13 -
Requerimientos de oxígeno”.
Procedimiento para evaluar los parámetros de
operación
Análogamente al apartado precedente, en este, se describe una
sistemática de cálculo, para evaluar los parámetros de operación, la cual
se aplicará a cada industria.
Procedimiento de cálculo:
1. Identificar la configuración del SLA planteado: los reactores, zonas o
ciclos, anóxico, aerobio y anaerobio del SLA, dimensiones y volúmenes:
VAT , Vanóx, Vaireado, (VD/VAT)disponible
2. Identificar las características del influente al SLA (caudales,
concentración). Estos valores son reales medidos en la operación:
resultados de análisis y caudal de influente.
___________________________________________________________
Procedimiento para evaluar los parámetros de operación 145
3. Calcular la relación DQO/ DBO5 a los efectos de evaluar la
degradabilidad de los efluentes, a partir de los datos de análisis de DQO
y DBO5.
4. Identificar la concentración de los principales contaminantes del
efluente de salida (DBO5, DQO, SST, nitrógeno amoniacal, NKT, nitrato
y fósforo; estos valores son reales, obtenidos mediante análisis de
laboratorio.
Parámetros de operación relacionados con el reactor biológico
5. Identificar la temperatura del líquido del reactor (valor medido)
6. Calcular la carga de DBO5 real que ingresa durante la operación (kg
DBO5 que ingresan/d)
7. Identificar la concentración de sólidos en el reactor MLSST, a partir
de datos reales medidos
8. Determinar la masa de sólidos real que hay en el reactor biológico
(𝑀𝑎𝑠𝑎𝑆𝑆𝑇), a partir del valor de concentración de sólidos medido MLSST,
y el volumen del reactor biológico (𝑉𝐴𝑇);
𝑀𝑎𝑠𝑎𝑆𝑆𝑇 = 𝑉𝐴𝑇. 𝑀𝐿𝑆𝑆𝑇
9. Determinar la carga de lodos, para las condiciones reales de
operación, Ec ( 8) y verificar que se encuentra dentro de los valores de
referencia dados por bibliografía (capítulo “2.12.2 – Carga de Lodos”).
___________________________________________________________
Procedimiento para evaluar los parámetros de operación 146
𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑑𝑜𝑠 =𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝐷𝐵𝑂 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎
𝑉𝐴𝑇 . 𝑀𝐿𝑆𝑆𝑇
Valor de referencia entre 0,05 y 0,15 kg DBO5/kg SST.d (máx 0,2 kg
DBO5/ kg SST.d).
Para continuar calculando los parámetros asociados al reactor
biológico, es necesario determinar aquellos parámetros del
sedimentador secundario que influyen en el reactor; por lo tanto, los
siguientes pasos refieren al sedimentador.
Parámetros relacionados con el sedimentador secundario
10. Verificar que la carga hidráulica de operación es menor que la de
diseño, y a su vez se encuentra dentro de los rangos de referencia.
11. Identificar el ISL, a partir de datos medidos, y verificar se encuentra
dentro de los rangos de referencia
12. Identificar la relación de caudal de lodos (Rec L), dato real medido (QRL).
13. Con el dato de relación de caudal e ISL, calcular las alturas de cada una
de las zonas del sedimentador mediante las ecuaciones del
sedimentador secundario zona (ATV-A 131, 2001).
14. Identificar la profundidad del sedimentador (profundidad disponible), dato
del proyecto. Verificar que la profundidad requerida del sedimentador
___________________________________________________________
Procedimiento para evaluar los parámetros de operación 147
secundario es adecuada, esto implica que Profundidad requerida <
Profundidad disponible, dado que esta última ya está fijada porque el
sedimentador ésta construido.
Parámetros relacionados con la Producción de sólidos
15. Calcular la Producción de Sólidos real con que trabaja el sistema, a
partir de la Masa de sólidos que salen del sistema por día.
𝑀𝑎𝑠𝑎𝑆𝑆𝑇,𝑒𝑛 𝑝𝑢𝑟𝑔𝑎 + 𝑀𝑎𝑠𝑎𝑆𝑆𝑇,𝑐𝑙𝑎𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐 = 𝑄𝑃 . 𝑆𝑆𝑇𝑃 + (𝑄 − 𝑄𝑃 ). 𝑆𝑆𝑇𝐸𝑆𝑇
15.1. La concentración de sólidos en la purga, es un valor que queda
determinado por el diseño del sedimentador; es la misma
concentración que la de recirculación de lodos (𝑆𝑆𝑇𝑃 = 𝑆𝑆𝑇𝑅𝐿), y
ésta última es función de las características del sedimentador, ya
que depende de la concentración de sólidos en el fondo del
sedimentador (𝑆𝑆𝑇𝐵𝑆) y esta a su vez de la geometría y barredor
de fondo del sedimentador.
15.2. El valor del caudal de purga 𝑄𝑃, es un dato medido.
15.3. La concentración de sólidos en el clarificado, 𝑆𝑆𝑇𝐸𝑆𝑇, dato real
medido.
Verificación: puede calcular la Producción específica de sólidos,
según Ec ( 17), y la Producción de sólidos debido a la degradación
de carbono, y comparar con el valor real medido de Producción de
sólidos. Tener en cuenta que el real obtenido, también incluye la
___________________________________________________________
Procedimiento para evaluar los parámetros de operación 148
Producción de sólidos debido al fósforo (fisicoquímica y biológica)
por lo que debiera ser mayor
𝑆𝑃𝑒𝑠𝑝,𝐷𝐵𝑂 = 𝑆𝑃𝑑
𝐵𝐷𝐵𝑂
16. Calcular el valor del SRT, a partir de Ec ( 14)
𝑆𝑅𝑇 =𝑉𝐴𝑇 . 𝑀𝐿𝑆𝑆𝑇
𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑆ó𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠
Verificación: calcular la edad de lodos mínima para que haya
nitrificación, y la edad de lodos para que haya estabilización de
barros
17. Calcular la cantidad de nitrógeno que se desnitrificó, a partir del balance
de masa de nitrato que realmente se desnitrificó Ec ( 21)
𝑆𝑁𝑂3,𝑑𝑒𝑠𝑛𝑖𝑡𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑑𝑜
= 𝐶𝑁, 𝐼𝐴𝑇 − (𝑆𝑁𝑜𝑟𝑔, 𝐸𝑆𝑇 + 𝑆𝑁𝐻4, 𝐸𝑆𝑇 + 𝑆𝑁𝑂3, 𝐸𝑆𝑇 + 𝑋𝑁𝑜𝑟𝑔, 𝐵𝑀)
Las concentraciones de amonio y nitrato del efluente clarificado del
sedimentador son medidas; la concentración de nitrógeno orgánico del
clarificado se supone en 8% de los 𝑆𝑆𝑇𝐸𝑆𝑇; y la concentración de
nitrógeno orgánico en los barros se supone como un 4% de la DBO5 de
entrada.
18. Calcular la proporción de nitrógeno que se desnitrificó en comparación
con el nitrógeno de entrada.
___________________________________________________________
Procedimiento para evaluar los parámetros de operación 149
19. Calcular la capacidad de desnitrificación que tendría el sistema, para las
condiciones de entrada (características del efluente, y parámetros de
operación del reactor fijados). En este caso el balance de nitrato debe
calcularse con las cantidades teóricas que se debiera alcanzar:
𝑆𝑁𝑂3,𝑑𝑒𝑠𝑛𝑖𝑡𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑑𝑜
= 𝐶𝑁, 𝐼𝐴𝑇 − (𝑆𝑁𝑜𝑟𝑔, 𝐸𝑆𝑇 + 𝑆𝑁𝐻4, 𝐸𝑆𝑇 + 𝑆𝑁𝑂3, 𝐸𝑆𝑇 + 𝑋𝑁𝑜𝑟𝑔, 𝐵𝑀)
20. Evaluar (DBO5 entrada SLA/ nitrato que se debería desnitrificar).
21. Evaluar las eficiencias de remoción de DBO5, Ntotal y Ptotal del Sistema
de Lodos Activados, a partir de las concentraciones de ingreso al SLA
y las concentraciones del efluente de salida.
___________________________________________________________
INDUSTRIA 1 150
CAPÍTULO 4 –Descripción de las industrias
Tal como se mencionó al inicio del capítulo 3, toda la información
relacionada con el diseño y la operación se tomó de los respectivos trámites
de Solicitud de Autorización de Desagüe Industrial (SADI) y de Control y
seguimiento, mediante una solicitud de acceso, en el marco de la Ley de
información pública. Además de la brindada por las propias industrias, lo
cual se especifica cuando corresponde.
INDUSTRIA 1
4.1.1 Análisis de los aspectos de diseño del proyecto de ingeniería
4.1.1.1 Descripción de la industria
Tipo y nivel de actividad
La industria realiza el malteo de cebada. Ingresa el grano, se almacena en
silos, y se va derivando paulatinamente al proceso. El proceso de malteo
consiste en una germinación en condiciones controladas de temperatura,
humedad y aireación; el mismo se realiza en tres etapas: remojo,
germinación y secado.
En la Tabla 5, se describe la capacidad máxima de producción de la
industria, diaria y mensual, así como el consumo de agua por unidad de
producción. En base a esta capacidad máxima de producción, que implica
___________________________________________________________
INDUSTRIA 1 151
determinadas características de generación de efluentes brutos, se diseñó
el proyecto de ingeniería.
Tabla 5: Industria 1, nivel de la actividad – valores para el diseño del proyecto
Producción Producción máxima diaria
Producción máxima mensual
Consumo de agua por unidad de producción
Cebada malteada
390 toneladas/día 11.500 toneladas/mes 2660 litros/tonelada
Datos tomados de la SADI presentada en diciembre de 2014
Características del efluente bruto generado
Las características del efluente a tratar surgen de datos experimentales que
presentó la industria en la SADI. Este efluente corresponde al que se
obtiene en la primera unidad de homogeneización, en el cual se mezclan
las dos corrientes principales (la línea de efluente procedente de
germinación y la de remojo).
Tabla 6: Industria 1, concentración y carga del efluente bruto homogeneizado - valores para el diseño del proyecto
Concentración del efluente bruto homogeneizado (mg/L)
Cargas del efluente bruto homogeneizado (kg/d)
Caudal generado 1.047 m3/d 1.047 m3/d
DBO5 1.451 mg/L 1.519 kg/d
DQO 1.835 mg/L 1.921 kg/d
N Total 67 mg/L 70 kg/d
Fósforo total 41 mg/L 43 kg/d
SST 280 mg/L 293 kg/d
Datos tomados de la SADI presentada en diciembre de 2014
___________________________________________________________
INDUSTRIA 1 152
4.1.1.2 Descripción de la Planta de Tratamiento de Efluentes
Diagrama de flujo tomado de SADI de Industria 1 (VER PRÒXIMA PÀGINA)
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INDUSTRIA 1 153
4.1.1.3 Descripción del pretratamiento
En el proceso de la Industria 1, se generan dos corrientes independientes:
efluente de remojo y efluente de germinación. Este último se bombea hacia
un tamiz de escobas, para separación de sólidos gruesos, los cuales
descargan por gravedad en una volqueta; y luego ambas corrientes se unen
en un tanque de homogeneización.
El tanque de homogeneización tiene tres mezcladores sumergibles para
favorecer la mezcla y evitar la sedimentación. El efluente se bombea a dos
reactores anaerobios UASB en paralelo; existe también un by-pass a las
unidades UASB, de forma de enviar una porción de efluente bruto
directamente al SLA, y de esta forma regular la relación DBO5/ NO-3 a
desnitrificar. El biogás generado es quemado en un quemador.
Las corrientes de salida de ambos UASB, la fracción de efluente que by-
paseó los UASB, y una corriente de efluentes cloacales, se unen en una
cámara, previo al ingreso del SLA.
El SLA consiste en dos trenes idénticos que operan en paralelo. Ingresa el
efluente mezclado en una única corriente, que se reparte en ambos trenes,
y a la salida de cada sedimentador secundario, se unen ambos clarificados.
___________________________________________________________
INDUSTRIA 1 154
4.1.1.4 Descripción del Sistema de Lodos Activados
La configuración optada por esta industria consiste en dos trenes idénticos
y paralelos que cuentan con desnitrificación de cabeza, precedida de un
selector anaeróbico, configuración A2/O; además se realiza remoción
fisicoquímica de fósforo (Figura 11). A continuación, se describen las
unidades que conforman cada uno de los trenes del SLA:
Figura 11: SLA - configuración A2/O
Cada tren cuenta con un selector anaerobio, un reactor anóxico, un reactor
aireado de mezcla completa, una unidad de “desaireación” y un
sedimentador secundario de sección circular.
El efluente procedente del pretratamiento se dirige por gravedad al selector
anaerobio, al cual se recirculan lodos (RL1) desde el sedimentador
secundario. Esta configuración, en la que se somete a la biomasa a
condiciones alternadas anaerobias-aerobias, favorece la absorción
biológica de fósforo.
___________________________________________________________
INDUSTRIA 1 155
Luego, el licor pasa al reactor anóxico, donde ocurre la desnitrificación, y
posteriormente al reactor aireado donde se da la nitrificación. Desde el
reactor aireado, se derivan a una pequeña unidad de “desaireación” y
desde allí se recircula una porción del licor de mezcla hacia el anóxico,
proveyendo los nitratos necesarios para la desnitrificación, junto con la
materia orgánica que contiene el efluente que proviene desde el selector
anaerobio.
En el reactor aireado, la porción de licor mezcla que no se recircula se envía
al sedimentador secundario. Se realiza agregado de sulfato de aluminio
para la precipitación de fósforo, a la salida del reactor biológico (luego de
la unidad de desaireación), en la cámara de ingreso al sedimentador
secundario para favorecer la mezcla.
En el sedimentador, parte del lodo sedimentado se recircula en forma
continua hacia el sistema, ingresando al selector anaerobio (RL1); también
existe la posibilidad de recircular lodos al reactor aireado (RL2). Otra
porción de lodos se purga hacia un espesador, para una posterior
deshidratación en centrífuga decanter.
Tratamiento posterior al Sistema de Lodos Activados
El líquido clarificado de cada sedimentador secundario se une en línea;
luego pasa por una unidad de desinfección UV; posteriormente a una
cámara de aforo con medición continua de caudal, y se descarga a curso
de agua.
___________________________________________________________
INDUSTRIA 1 156
4.1.1.5 Tratamiento de barros
Los lodos purgados del sedimentador se derivan a un tanque espesador, y
desde allí se bombean a una centrífuga decanter; realizándose agregado
de polielectrolito en la línea de ingreso a la centrífuga. El líquido de rechazo
se deriva al tanque de homogeneización.
4.1.1.6 Aspectos constructivos del SLA
Cada tren está construido en una única estructura de hormigón, cada
unidad (selector, reactor anóxico y reactor aireado) está separada por
paredes de hormigón y se comunican mediante aberturas en cada pared.
Tienen las siguientes dimensiones:
dimensiones construidas
Unidad (ancho x largo x profundidad) volumen útil (A)
Selector anaerobio 2 x (13 x 1,8 x 4) m 155 m3
Reactor anóxico 2 x (13 x 5 x 4) m 508 m3
Reactor aireado 2 x (13 x 16 x 4) m 1.626 m3
(A) informados por la industria en la SADI presentada en diciembre de 2014
El selector anaerobio y la unidad de “desaireación” cuentan cada una con
un mixer; el reactor anóxico, cuenta con dos mixers, para favorecer la
mezcla y evitar la formación de zonas muertas donde se deposite lodo.
___________________________________________________________
INDUSTRIA 1 157
En base a las dimensiones geométricas, la disposición de las entradas y
salidas de flujo, y los sistemas de aireación y agitación, se prevé un modelo
de flujo de mezcla completa en el reactor aireado.
Cada tren cuenta con un sedimentador secundario circular, ambos son
idénticos. Están construidos en hormigón, levantados sobre el nivel del
terreno; cuentan con puente barredor.
El sistema de aireación consiste en difusores de burbuja fina; hay 180
platos de membrana en cada reactor, colocados en líneas, sujetas al fondo
del reactor. El aire se insufla mediante 3 soplantes de tipo tri-lobular.
4.1.1.7 Relación con la planta de tratamiento anterior
La PTE anterior estaba diseñada para un caudal medio de efluente de 420
m3/d, por lo tanto, el nuevo proyecto, además de modificar el concepto de
tratamiento, lo cual significaba de por sí, incorporar nuevas unidades, debió
duplicar la capacidad para la etapa de pretratamiento.
La PTE anterior contaba con un tamiz de escobas para la corriente del
efluente de germinación, luego las dos corrientes se unían e ingresaban a
un reactor UASB. Posteriormente ingresaban a un reactor de lodos
activados únicamente para remoción de materia orgánica y al
correspondiente sedimentador secundario. Los barros de ambas unidades
se purgaban hacia lechos de secado para su deshidratación.
___________________________________________________________
INDUSTRIA 1 158
La nueva PTE aprovechó la estructura del antiguo reactor de lodos
activados, para utilizarlo como homogeneizador, al cual se le debió
aumentar el volumen útil, elevando la altura de las paredes; y mantuvo el
UASB junto con el sistema de captación de biogás y quema en antorcha.
En lo que refiere al pretratamiento, debió construirse el segundo UASB,
adecuar el sistema de captación de biogás, cambiar la antorcha, y
aumentar la capacidad del tamiz de escobas (adquiriendo uno para toda la
capacidad y contando con el viejo como respaldo).
En relación con el SLA, se construyeron y realizó el montaje desde cero de
los dos trenes del SLA y ambos sedimentadores secundarios, (el antiguo
sedimentador se tiene como respaldo ante un eventual requerimiento de
tratamiento terciario). Así mismo se construyó un local para alojar los
soplantes, tableros y sala de control.
En lo que refiere al equipamiento de los trenes del SLA (sistema de
aireación, barredores de los sedimentadores, instalaciones para dosificar
productos químicos) son todos nuevos.
También se instalaron equipos nuevos para control y monitoreo automático
de parámetros de operación en todas las unidades y en la salida del
efluente, excepto en el UASB viejo, que ya contaba con monitoreo en línea.
___________________________________________________________
INDUSTRIA 1 159
Respecto al tratamiento de lodos, se instaló a nuevo una centrífuga
decanter, junto con las instalaciones asociadas (construcción del edificio a
altura para descarga por gravedad, sistema dosificación polímero, etc).
4.1.2 Análisis de los parámetros de diseño del SLA
4.1.2.1 Características del influente
Los valores de cargas y concentración del influente al SLA que se toman
para el diseño del proyecto se presentan en la Tabla 7. Fueron calculados
a partir de los datos del efluente bruto y la eficiencia de remoción de las
unidades del pretratamiento (el UASB para cada tren) brindadas en la
SADI. A partir de estos datos se estimaron las cargas del influente al SLA.
Tabla 7: Industria 1 – Concentración y cargas de ingreso al SLA, valores de diseño del proyecto
Concentración ingreso al SLA
Cargas ingreso al SLA
Caudal 1047 m3/d 1047 m3/d
DBO5 580 mg/L 608 kg/día
DQO 917 mg/L 960 kg/día
Ntotal 67 mg/L 70 kg/día
Ptotal 41 mg/L 44 kg/día
SST sd (A) Sd (A) en la SADI no se presentó dato de eficiencia de salida de los UASB para el parámetro SST; dado que este parámetro es fundamental para la metodología de diseño que se utiliza, se toma el valor informado por la empresa para el período de operación (SST= 200 mg/L).
___________________________________________________________
INDUSTRIA 1 160
Aptitud del influente para el tratamiento en el SLA:
• Relación DQO/ DBO5 = 1,6: valor que indica una degradabilidad
media del influente.
• Relación DBO5/NKT ~ DBO5/Ntotal = 8,7: valor que indica que el
influente cuenta con materia orgánica suficiente para proveer en la
desnitrificación5
4.1.2.2 Requerimientos del influente de salida
Para esta industria, el requerimiento del influente de salida corresponde a
los estándares establecidos en la normativa, excepto para fósforo que
corresponde a 2 mg/L.
4.1.2.3 Parámetros de diseño del SLA según metodología de cálculo
propuesta
El objetivo de esta sección consiste en relevar los parámetros de diseño;
en particular los parámetros de referencia (SRT, carga de lodos, producción
específica de lodos, MLSST, relaciones de recirculación, ISL), a partir de
aquellos parámetros que quedaron fijos en el proceso de diseño
5 En realidad, no todo el NKT del influente se transformará en nitrato, ni todo el nitrato
formado se desnitrificará (ver capítulo 2.12.9), por lo que ha de tenerse en cuenta que este valor es una estimación gruesa, que puede ser útil para contar con un valor indicativo inicial, y luego deberá realizarse un cálculo más preciso. En este caso la industria brindó el valor de Ntotal, considerando que el nitrato es despreciable, se asume Ntotal ≈ NKT.
___________________________________________________________
INDUSTRIA 1 161
(volúmenes y configuración de las unidades de tratamiento) y comparar los
primeros con los rangos/valores de referencia que se encuentran en
bibliografía.
En la Tabla 8, se muestran los parámetros de diseño; para su cálculo se
utilizó el procedimiento presentado en el capítulo 3.3 – “Procedimiento para
relevar los parámetros de diseño del SLA”. En azul y con un asterisco (*),
se consignan los datos brindados por la empresa como parte del proyecto,
en negro los datos obtenidos a partir del procedimiento de cálculo.
Tabla 8: Industria 1 parámetros de diseño del SLA
Parámetros de diseño Valor de diseño un tren
Valor de diseño ambos trenes
Configuración del SLA Vana =
2 trenes en paralelo Vanox=
Vaer=
VAT=
VD=
VD/VAT disponible=
78 m3 (*)
254 m3(*)
813 m3 (*)
1.067 m3 (*)
254 m3 (*)
0,2 (*)
155 m3 (*)
508 m3 (*)
1.626m3 (*)
2.134m3 (*)
508 m3 (*)
0,2(*)
CAPACIDAD DEL REACTOR BIOLÓGICO
Temperatura del líquido en el reactor 15°C (*) 15°C (*)
Carga de DBO5 que ingresa (kg DBO5/d) 304 608
Concentración de sólidos (MLSST) (kg/ m3)
3,5 (*) 3,5 (*)
Carga de lodos (kg DBO5/kg SST.d) 0,08 0,08
Producción de lodos debido a degradación de carbono
Relación en el influente XSST/CDBO5 0,34 (*) 0,34 (*)
Producción Específica de sólidos (kg SST producidos por carbono/kg DBO5 entrada)
0,47 0,47
Producción de sólidos por degradación de carbono (kg SST por carbono/día)
142 284
___________________________________________________________
INDUSTRIA 1 162
Tiempo de retención celular (SRT) (d) 26 26
Fósforo a precipitar
Producción de lodos biológicos concentrados en fósforo (kg SST/d)
9 18
Agregado de sales para precipitación físico-química (kg Al a agregar/día)
20 40
producción de lodos precipitados con sales (kg SST/d)
90 180
Producción de lodos totales (lodos que salen en la purga y el clarificado)
Producción de lodos totales (kg SST/d) 232 464
Producción de sólidos que se derivan a deshidratación (lodos en purga) y caudal de purga
Sólidos que se van con la purga (kg SST/d)
222 444
Caudal de purga (m3/d) 26 52
SEDIMENTADOR SECUNDARIO
Un sedimentador secundario por cada tren,
Diámetro (m)
7,5 (*) 2 unidades,
cada una d=7,5 m(*)
Caudal máximo horario (m3/h) 33 (*) 33 (*)
qA (m3/m2/h) 0,74 0,74
ISL (ml/g) 150 (*) 150 (*)
Concentración de sólidos en la recirculación y en la purga, SSTRL (kg/m3)
8,4 8,4
Relación recirculación lodos 0,71 0,71
Caudal de recirculación de lodos (m3/d) 374 374
Profundidad requerida < profundidad disponible
3,5m < 3,7 m(*) 3,5m < 3,7m (*)
RC total 2,5 2,5
Eficiencia desnitrif disponible con ese RCtotal
71% 71%
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INDUSTRIA 1 163
Inverso de Capacidad de desnitrificación (DBO5 entrada/nitrato a desnitrificar)
18 18
Capacidad de desnitrificación 0,05 0,05
Verificar que (𝑉𝐷 𝑉𝐴𝑇⁄ ) disponible < requerido
0,2 < 0,2 (*) 0,2 < 0,2 (*)
VERIFICACIÓN DEL REQUERIMIENTO DE OXÍGENO
Requerimientos de O2 (kg O2/h) 23 46
Análisis de las condiciones de diseño, resumidas en la Tabla 8:
Reactor biológico
El valor de MLSST= 3,5 kg/m3 elegido por la empresa, se encuentra dentro
de los rangos sugeridos para la operación (3 a 5 kg/m3), (DWA-M 732,
2017, pág. /secc.7). Esto permite operar con una carga de lodos de 0,08 kg
DBO5/ kg SST.d, valor que también se encuentra dentro de los rangos de
referencia que sugiere dicha norma (0,05 y 0,08 kg DBO5/ kg SST.d). Sin
embargo, no debiera trabajarse con concentraciones de sólidos menor a 3
kg/m3; por ejemplo, con una MLSST= 2,5 kg/m3, la carga de lodos
aumentaría a valores de 0,11 kg DBO5/kg SST.d.
Por otra parte, si se tomara un valor de diseño de MLSST=4,5 kg/m3, y el
ISL asumido de 150 mL/g es correcto, entonces el sedimentador requeriría
una profundidad mayor que la que se definió.
El SRT que queda determinado para este conjunto de condiciones de
diseño, es de 26 días; mayor a la edad de lodos mínima necesaria para la
___________________________________________________________
INDUSTRIA 1 164
nitrificación (8 días) y mayor a la edad de lodos para que haya estabilización
de los mismos (25 días).
Sedimentador secundario:
Se diseñó para una carga hidráulica 0,7 m3/m2/h, un poco mayor a los
valores de referencia: 0,5 m3/m2/h. Debe preverse que una carga hidráulica
alta puede derivar a que en la operación haya escape de lodos. Un eventual
escape, incluso mínimo, puede ser importante para el caso de esta
industria, dado que cuenta con un límite más restrictivo de fósforo, por lo
que debe minimizarse la concentración de SST del clarificado (ya que los
sólidos contribuyen a la concentración de fósforo total del efluente de
salida).
Los efluentes de maltería tienen tendencia a formar sólidos difíciles de
sedimentar (DWA-M 732, 2017), por lo que es conveniente tomar un valor
alto de ISL para el diseño como tomó la empresa: 150 mL/g.
Por otra parte, el ISL determina la profundidad necesaria del sedimentador
secundario; la cual debe compararse con la profundidad disponible, que ya
está definida y tiene un valor de 3,7 m. Se observa que si durante la
operación, el ISL tomara valores mayores a 150 mL/g, por ej 160 mL/g, la
profundidad requerida sería mayor a 3,7m. Considerando que el ISL es una
característica de los lodos y es difícil incidir en ella, es fundamental prever
___________________________________________________________
INDUSTRIA 1 165
las condiciones más exigentes en la etapa de diseño (a los efectos de
definir la profundidad del sedimentador).
4.1.3 Análisis de la operación en régimen de la PTE
En este apartado se realizará un análisis comparativo entre las condiciones
de diseño del proyecto de ingeniería, y los valores de operación una vez
que la PTE ha alcanzado el régimen.
La información correspondiente al período de operación en régimen
corresponde a datos reales, mediciones del efluente final y seguimiento de
los parámetros de operación, presentados por la empresa y relevados en
inspecciones de DINAMA.
La construcción de la PTE de Industria 1 se realizó en dos etapas, de
manera de acompasar el aumento productivo, primero se construyó un tren
y luego el otro; por lo tanto, el primer tren comenzó a operar antes, y una
vez finalizados ambos, se realizó la puesta en operación del otro tren; la
entrada en régimen del SLA en conjunto, llevó de 3 a 4 meses. El análisis
de la etapa de transición no es del alcance del presente documento.
A los efectos del análisis de los datos, se toma el día cero como el momento
en que se estabilizaron los valores de todos los parámetros del efluente
vertido (entre otros: DBO5, NKT, NH4, Ptot, SST). Sin perjuicio de lo
anterior, al sistema le llevó unas semanas más llegar a los parámetros de
operación estables; en particular: carga de ingreso al Sistema de Lodos
___________________________________________________________
INDUSTRIA 1 166
Activados, (es decir hasta que se estabilizó el pretratamiento), y alcanzar
la concentración de sólidos en el reactor y las relaciones de recirculación
estables. Los datos para el análisis abarcan 13 meses de operación.
4.1.3.1 Características del efluente bruto generado
Los datos sobre las características del efluente de ingreso a la PTE se
resumen en la Tabla 9 y corresponden a resultados de análisis brindados
por la industria (a diferencia de la Tabla 7 que presentaba valores
estimados para el diseño). El caudal de ingreso es un valor promedio del
período, brindado por la industria en base a medidas.
Tabla 9: Industria 1, concentración del efluente bruto homogeneizado, valores de operación.
Análisis de 13 meses de operación
Caudal (m3/d)
DBO5 (mg/L)
DQO (mg/L)
Ntotal (mg/L)
NH4 (mg/L)
NO-3
(mg/L) Ptot (mg/L)
SST (mg/L)
Promedio 1000 1320 2600 45 19 7 30 570
Máximo 1200 1460 3200 52 32 16 45 1700
Mínimo sd 1200 1810 39 7 0,8 13 150
Cantidad de muestras
NC 6 5 5 6 6 6 6
valores de diseño
1047 1450 1835 67 - - 41 280
Resultados de 6 muestras, tomadas en el período de estudio.
Los valores anteriores, corresponden a los efluentes en el tanque de
homogeneización; cabe recordar que una fracción del efluente
homogeneizado ingresa a cada reactor UASB, y otra se bypasea hacia la
cámara de ingreso al SLA; y además a dicha cámara también ingresan los
___________________________________________________________
INDUSTRIA 1 167
efluentes cloacales, por lo tanto, los valores anteriores no corresponden al
efluente que ingresa al SLA.
4.1.3.2 Características del influente al SLA
En la Tabla 10 se presentan las características del influente al SLA. La
empresa brindó información del valor promedio del caudal de ingreso al
SLA, (que corresponde a las dos salidas de sendos UASB, más la corriente
que se bypasea), y brindó la concentración de DBO5, DQO, Nt, Pt, y SST
medidas. A partir de dichos datos se calcularon los valores promedio de
concentración para el período, y luego las cargas promedio de ingreso al
SLA, como la carga de cada una de las tres corrientes. Se asume que las
cargas de ingreso de los efluentes domésticos son despreciables.
Tabla 10: Industria 1, carga del influente que ingresa al SLA – valores de operación
período de estudio 13 meses
Caudal (m3/d)
DBO5 DQO Ntotal Ptot SST
Concentraciones promedio de ingreso al SLA
1010 575
(mg/L) 1230
(mg/L) 45
(mg/L) 30
(mg/L) 200
(mg/L)
Cargas promedio de ingreso al SLA
1010 570
(kg/d) 1220 (kg/d)
45 (kg/d)
30 (kg/d)
200 (kg/d)
valores de diseño 1050 610
(kg/d) 960
(kg/d) 70
(kg/d) 43
(kg/d) sd
4.1.3.3 Parámetros de operación del SLA según la metodología de
cálculo propuesta
Los parámetros de operación durante el período analizado se muestran en
la Tabla 11. Hay una leve diferencia entre cada tren, sin embargo, la
___________________________________________________________
INDUSTRIA 1 168
diferencia es pequeña y no es significativa para el análisis. Los datos en
azul y con asterisco (*), son brindados por la industria en base a medidas,
los datos en negro son calculados. En la Tabla 12 se muestran los valores
de salida promedio, para el período en estudio. Los resultados de análisis
del efluente final fueron provistos por la empresa (en informes de
desempeño presentados a DINAMA), además de muestras de inspección
de DINAMA.
Tabla 11: Industria 1, parámetros del SLA, comparación entre valores de diseño y de operación
Parámetros de diseño Valor de
diseño UN tren
Valor de operación TREN 1
Valor de operación TREN 2
Configuración del SLA Vana =
2 trenes en paralelo Vanox=
Vaer=
VAT=
VD=
VD/VAT disponible=
78 m3 (*)
254 m3 (*)
813 m3 (*)
1067m3 (*)
254 m3 (*)
0,2 (*)
78 m3 (*)
254 m3 (*)
813 m3 (*)
1067m3 (*)
254 m3 (*)
0,2 (*)
78 m3 (*)
254 m3 (*)
813 m3 (*)
1067m3 (*)
254 m3 (*)
0,2 (*)
CAPACIDAD DEL REACTOR BIOLÓGICO
Temperatura 20°C6 (*) 20°C (*) 20°C (*)
Carga de DBO5 que ingresa (kg DBO5/d)
304 290 290
Concentración de sólidos (MLSST) (kg/ m3)
3,5 (*) 9,4 (*) 9,2 (*)
Carga de lodos (kg DBO55/kg SST.d) 0,08 0,03 0,03
Producción de lodos totales (lodos que salen del sistema por clarificado y purga)
Relación en el influente XSST/CDBO5 0,3 (*) 0,4 (*) 0,4 (*)
Tiempo de retención celular, SRT (d) 28 21 21
6 En realidad la temperatura de diseño fue 15°C, sin embargo se toma 20°C, para comparar la producción de lodos carbonosos de diseño, y la de operación. Como el cálculo depende significativamente de la temperatura, se toma 20°C
___________________________________________________________
INDUSTRIA 1 169
Producción de lodos totales (kg SST/d) (salen por purga y por clarificado)
220 487 477
Producción de lodos que salen por la purga
Masa de sólidos que se van con la purga
210 474 462
Caudal de purga (m3/d) 25 28 (*) 28 (*)
SEDIMENTADOR SECUNDARIO
Un sedimentador secundario por cada tren, Diámetro (m) 7,5 (*) 7,5 (*) 7,5 (*)
Caudal máximo horario (m3/h) 33 (*) 32 (*) 32 (*)
qA (m3/m2/h) 0,7 0,7 0,7
ISL (ml/g) 150 (*) 74 (*) 76 (*)
Concentración de sólidos en la recirculación y en la purga , SSTRL (kg/m3)
8,4 17 17
Relación recirculación lodos 0,71 1 (*) 1 (*)
Caudal de recirculación de lodos (m3/d)
374 504 (*) 504 (*)
Profundidad requerida < profundidad disponible
3,5m < 3,70m (*)
5,4 m < 3,7 m (*)
5,4 m< 3,7 m (*)
Capacidad de desnitrificación y relaciones de recirculación
Inverso de Capacidad de desnitrificación (DBO5 entrada/nitrato a desnitrificar)
18 13 (*) 13 (*)
Capacidad de desnitrificación 0,05 0,08 0,08
Diseño: eficiencia desnitrificación
Operación: % de nitrógeno que se desnitrificó
71% 18% 18%
Además, la empresa indicó las siguientes condiciones de operación:
• La temperatura es estable durante todo el año (20°C)
• Los caudales son los siguientes: caudal ingreso a un tren= 21 m3/h;
___________________________________________________________
INDUSTRIA 1 170
• Las relaciones de recirculación en el período en estudio fueron las
siguientes: Recirculación de lodos 1:1; Recirculación de nitratos 1:1
• Concentración de OD en los reactores aireados: se realiza aireación en
exceso; se controla que no disminuya por debajo de 1 mg/L, y que la
concentración promedio diaria se mantenga cercana a 2 mg/L.
Tabla 12; Industria 1, resultados de análisis a la salida de la PTE
DBO5 (mg/L)
DQO (mg/L)
Ntot (mg/L)
NKT
(mg/L)
NH4 (mg/L)
NO-3
(mg/L) Ptot (mg/L)
SST (mg/L)
Promedio 13 meses
11 90 13 (A) 2 0,4 13(A) 3 14
Cantidad de muestras
22 12 6 12 20 20 21 16
Límites normativa
20 - - 10 5 20 2 30
(A) Ntot, NKT y NO-3 son medidos. La relación Ntot=NKT + NO-
3, se cumple dentro de las incertidumbres analíticas
4.1.4 Análisis de las condiciones de operación del SLA
La configuración del SLA propuesta, cuenta con varias ventajas para los
efluentes de este sector
En términos generales, las cargas reales de entrada del influente son del
orden de las propuestas para el diseño.
El SLA se encuentra operando con concentración de sólidos en el reactor
elevadas, promedio de 9 kg/m3, alcanzando picos de 12 kg/m3; estos
valores son muy superiores a las de diseño (3,5 kg/m3) y por encima de las
___________________________________________________________
INDUSTRIA 1 171
referencias (3 a 7 kg/m3). En parte, una mayor MLSST beneficia la carga
de lodos, sin embargo, se observa una carga de lodos de 0,03 kg DBO5/kg
SST.d, valor menor al mínimo del rango de referencia (0,05 a 008 kg
DBO5/kg SST.d). Sin embargo, en función de los valores de NH4 del
efluente de salida, se observa que se ha alcanzado adecuada eficiencia de
nitrificación, concluyéndose que la carga de lodos sería admisible. Por otra
parte una MLSST tan alta, afecta en los costos, dado que requiere una
aireación significativamente mayor.
Dado que, en la etapa de operación hay significativamente más masa de
sólidos en el reactor que en las condiciones de diseño, entonces la
producción de lodos es mayor (475 kg SST/d vs 210 kg SST/d). Una
producción de lodos mayor incrementa los costos, dado que se tendrá
mayor cantidad de lodos para deshidratar y disponer.
El SRT de operación (21 días), es levemente menor que el de diseño (28
días). Además, para las temperaturas del reactor, estos valores un poco
menores que los SRT de estabilización.
Las características de los efluentes de maltería tienen tendencia a formar
sólidos difícilmente sedimentables. Por tal motivo son importantes las
condiciones de diseño y operación. Entre las condiciones de diseño que
favorecen el ISL, el selector anaerobio, y la unidad de “desaireación”
posterior al reactor aireado. Se observa que el Índice de Sedimentabilidad
de Lodos de operación, es mejor que el de diseño (74-76 mg/L vs 150
___________________________________________________________
INDUSTRIA 1 172
mg/L). Las condiciones de operación que favorecen la sedimentabilidad,
son aumentar la aireación puntualmente, hasta alcanzar 2-3 mg/L un
período de tiempo en cada día. Por otra parte un ISL que disminuya más,
puede deberse a la inertización de la biomasa en el reactor.
La relación de volúmenes (VD/VN) es adecuada para este efluente con
contenido de Nitrógeno moderado a bajo. La relación (DBO5/nitrato a
desnitrificar)=13 en operación también es adecuada y holgada. En base a
balance de masa del nitrógeno, se tiene que solo un 18% del nitrógeno de
entrada al SLA se desnitrificó (un 51% del nitrógeno se removió por
incorporación a los barros).
Los sistemas de aireación, mediante membranas de platos, dispuestos en
líneas en el fondo del reactor aireado, permiten lograr una adecuada
aireación y agitación.
Sedimentador Secundario:
Los valores tan altos de MLSST, afectan la eficiencia del sedimentador
secundario, incluso aunque el Índice de Sedimentabilidad de Lodos de
operación es adecuado, se observa que la profundidad requerida en las
condiciones reales de operación es mayor que la de las condiciones de
diseño. Este aspecto se verifica con los valores de SST del clarificado que
indican un leve escape de sólidos (promedio 16 mg/L). Debe tenerse en
cuenta que los SST en el clarificado del sedimentador, aumentan la
concentración de fósforo en el efluente. Por ej., si el efluente tiene una
___________________________________________________________
INDUSTRIA 1 173
concentración de SST=20 mg/L, asumiendo una cantidad de (1,5 a 4)% de
P en los barros, corresponde entre un 0,3 y 0,8 mg P/L que aportarían los
SST, lo cual puede ser un factor que incida para esta industria que tiene un
límite menor de P.
Remoción de fósforo
Tal como se observa, el contenido de fósforo en el efluente de entrada es
moderado, y la combinación de remoción biológica mediante el selector
anaerobio, y remoción fisicoquímica mediante precipitación con sales (y
una adecuada sedimentación posterior), permite alcanzar valores de 1-2
mg/L en el efluente de salida. Sería conveniente evaluar la proporción de
fósforo que se remueve mediante remoción biológica o fisicoquímica. A
priori, los valores de SRT de operación, relativamente altos, no favorecen
la remoción biológica.
Aspectos constructivos
El hecho de contar con dos trenes idénticos en paralelo es sumamente
ventajoso en las actividades de limpieza y mantenimiento, ya que permite
gran flexibilidad para operar con un tren, by-pasear las unidades a las
cuales se realiza mantenimiento, mantener los lodos biológicos en un
reactor mientras se limpia el otro, etc. También es útil cuando se quiere
probar cambios en las condiciones de operación, (como pudiera ser
incrementar la concentración de biomasa en un reactor aireado; probar
___________________________________________________________
INDUSTRIA 1 174
cambios en la concentración de oxígeno a lo largo del día, etc) manteniendo
las condiciones iniciales en el otro tren, para poder comparar las eficiencias.
Controles del SLA
El SLA tiene las siguientes mediciones en línea los cuales están
conectados a un sistema SCADA: caudal de ingreso a cada tren, caudales
de recirculación interno y de lodo, Oxígeno Disuelto y pH en línea en los
reactores aireados. Cuenta además con un operador capacitado, con
presencia permanente en las instalaciones de la PTE, en dos turnos de
trabajo.
Pretratamiento
Este tipo de efluentes requiere de unidades de separación de sólidos
gruesos, para la separación de cáscara de semilla y semillas rotas (casullo),
por lo cual es adecuado contar con un tamiz con mayor eficiencia en la línea
de germinación.
También es necesaria la unidad de homogeneización-neutralización. Debe
tenerse precaución en la generación de olores en la homogeneización, para
lo cual es preferible la agitación sin aireación. Además es previsible la
acidificación del líquido en dicho tanque, para lo cual es adecuada la
existencia de instalaciones para el agregado de soda.
Tal como puede observarse, el efluente bruto tiene un contenido de
nitrógeno moderado (relación DBO5/Nitrógeno a desnitrificar), por lo que es
___________________________________________________________
INDUSTRIA 1 175
factible un pretratamiento anaerobio para reducir el contenido de materia
orgánica; previendo que a la salida de éste, la relación DBO5/Nitrógeno a
desnitrificar, será suficiente como para que sea viable la desnitrificación
posterior.
Adicionalmente, si se observa la relación DBO5/DQO, es un efluente
fácilmente biodegradable, por lo que el pretratamiento con reactores UASB
es factible.
4.1.5 Conclusiones particulares para el caso de estudio
1. Configuración del SLA: está de acuerdo con las recomendaciones de
bibliografía, y cuenta con varias ventajas en función de las
características del influente, el sector industrial.
2. Pretratamiento: está de acuerdo con las recomendaciones de
bibliografía, y durante la operación ha verificado la capacidad para
adecuar el efluente para la etapa posterior de lodos activados
3. Parámetros de diseño: en general los parámetros de operación
tomaron valores similares a los de diseño, excepto el SRT y la
Producción de lodos, y la MLSST, pero esto no afectó la eficiencia en
alcanzar los requerimientos de vertido.
4. Aptitud del SLA para cumplir con los estándares de vertido
___________________________________________________________
INDUSTRIA 1 176
a. Durante el período de operación objeto de este estudio, la PTE
operó con la carga de ingreso similares a las de diseño.
b. Considerando la carga de efluentes de ingreso para la cual fue
diseñada, se logró alcanzar los valores de los parámetros de
operación, y las condiciones de operación previstas en el diseño.
c. Para las condiciones de operación previstas en el diseño, el
sistema de tratamiento de Industria 1, permite alcanzar valores de
DBO5<10; SST< 20; Nkjeldahl < 10 mg/L; NO-3 < 10; Ptot < 2
mg/L, de forma sostenida.
d. Una vez en régimen, este sistema de tratamiento permite alcanzar
las siguientes eficiencias promedio:
DBO5 Ntot PTOT
Eficiencias incluyendo el pretratamiento (a partir del efluente bruto)
99% 73% 96%
Eficiencias del sistema de remoción de nutrientes (SLA)
98% 70% 95 %
Nota: estos valores están calculados a partir de datos promedio, por lo tanto, son aproximados. Además son conservadores, dado que para situaciones puntuales se puede alcanzar mayores eficiencias.
___________________________________________________________
INDUSTRIA 2 177
INDUSTRIA 2
4.2.1 Análisis de los aspectos de diseño del proyecto de ingeniería
4.2.1.1 Descripción de la industria
Tipo y nivel de actividad
Las principales líneas de producción desarrolladas en esta industria son:
leche UHT, leche en polvo y quesos. En la planta se procede a la recepción
de los camiones, se somete a proceso térmico, el descreme y tipificación
de la leche. Luego se la almacena en silos quedando disponible para ser
utilizado en las distintas líneas de producción. En la Tabla 13 se describe
los productos que se elaboran y el nivel de actividad.
Tabla 13: Industria 2, nivel de actividad – valores para diseño del proyecto
Producción Producción máxima diaria
Producción máxima mensual
Consumo de agua por unidad de producción
Leche en polvo 290 tons/día 8.760 ton/mes 17 m3/ton leche
Quesos 14 tons/día 420 ton/mes 8 m3/ton leche
Leche UHT 400 m3/día 12.000 m3/mes 1,8 m3agua/m3 leche
Suero demineralizado
260 tons/día 7.690 ton/mes 1,6 m3agua/m3 suero
Datos tomados de la SADI presentada en 2015
___________________________________________________________
INDUSTRIA 2 178
Características del efluente bruto generado
Las características del efluente bruto provistas por la industria en la SADI
se presentan en la Tabla 14; corresponden a la suma de las cargas que
compone cada corriente de efluente, las cuales proceden de: recibo de
leche, línea de quesería, línea de UHT, línea de leche en polvo y efluentes
cloacales. Los efluentes se generan en el lavado de los equipos de todas
las líneas de producción, mediante un sistema cerrado de limpieza (CIP)
donde las soluciones de limpieza son de soda cáustica y de ácido nítrico.
Además, en la producción de quesos, se genera una salmuera que es
descartada hacia efluentes de quesería, y se genera suero en las etapas
de prensado del queso; el suero se descrema, luego es concentrado por
nanofiltración, y el permeado (rechazo), también se deriva a los efluentes
de quesería. Las concentraciones de los parámetros de cada corriente son
datos experimentales, y el caudal de cada corriente corresponde a una
estimación en base a la experiencia de la industria.
Tabla 14: Industria 2, concentración y carga del efluente bruto - valores para el diseño del proyecto
Concentración del efluente bruto homogeneizado (mg/L)
Cargas del efluente bruto homogeneizado (kg/d)
Caudal generado 6.000 m3/d 6.000 m3/d
DBO5 1.085 mg/L 6.510 kg/d
DQO 1.810 mg/L 10.860 kg/d
Nitrógeno Total 65 mg/L 390 kg/d
Fósforo total 13 mg/L 78 kg/d
SST 570 mg/L 3.420 kg/d
___________________________________________________________
INDUSTRIA 2 179
4.2.1.2 Descripción de la Planta de Tratamiento de Efluentes
Diagrama de flujo adaptado de la SADI de Industria 2 (VER PRÒXIMA PÀGINA)
___________________________________________________________
INDUSTRIA 2 180
4.2.1.3 Descripción del pretratamiento
En planta industrial se derivan las distintas corrientes de efluentes brutos a
un desarenador, luego a un pozo de bombeo y desde allí se impulsan a la
Planta de Tratamiento de Efluentes ubicada a unos 2 km. En la planta
industrial se cuenta con una pileta de contingencia ante pulsos elevados de
caudal o falla de bombas de impulsión. En la línea que deriva a la PTE hay
control por turbidez y pH, el efluente se deriva hacia los homogeneizadores
(Volumen total = 4.000 m3), o hacia piletas de derrames (Volumen total =
1.700 m3) si están fuera de los parámetros normales. En los
homogeneizadores se ajusta pH con soda o ácido sulfúrico, según
corresponda, y desde allí se deriva una porción del efluente hacia 4
reactores anaerobios y la otra fracción al desengrasador mecánico y desde
allí al SLA. Se diseñó para una porción de 70% a los reactores anaerobios,
y un 30% al desgrasador mecánico, pero la proporción es variable en
función de las características del efluente.
Los 4 reactores anaerobios tienen un volumen total de 12.500 m3; cuentan
con recubrimiento con membrana para captación del biogás y posterior
quema en antorcha7. El efluente de los reactores anaerobios se deriva a un
sedimentador primario, y desde allí al SLA.
7 A noviembre de 2018, está finalizando el proyecto para el aprovechamiento de biogás en caldera
___________________________________________________________
INDUSTRIA 2 181
El SLA consiste en dos trenes idénticos que operan en paralelo. Ingresa el
efluente (compuesto por el clarificado del sedimentador primario y la
porción de efluentes que se envió al desengrasador mecánico) a una
cámara de mezcla y desde allí se reparte en ambos trenes, y a la salida de
cada sedimentador secundario, se une ambos clarificados.
4.2.1.4 Descripción del Sistema de Lodos Activados
La configuración optada por esta industria consiste en dos trenes idénticos
y paralelos que cuentan con desnitrificación de cabeza, precedida de un
selector anaeróbico y un reactor post-aireación; además se realiza
remoción fisicoquímica de fósforo (Figura 12). A continuación, se describen
las unidades que conforman cada uno de los trenes del SLA:
Figura 12: SLA – desnitrificación de cabeza, precedida por selector anaeróbico
___________________________________________________________
INDUSTRIA 2 182
Cada tren cuenta con: un selector anaerobio, un reactor de post-aireación,
y un reactor anóxico, luego un reactor aireado y un sedimentador
secundario de sección circular.
El efluente que viene del pretratamiento se deriva a la cámara de mezcla;
a esta cámara también llega la recirculación de lodos desde el
sedimentador secundario (RL1), y ambos se dirigen por gravedad al
selector anaerobio. Esta configuración, en la que se somete a la biomasa a
condiciones alternadas aerobias-anaerobias, favorece la absorción
biológica de fósforo.
Luego pasa al reactor post-aireación, donde llega la corriente de
recirculación interna, desde allí el licor mezcla pasa al reactor anóxico
donde ocurre la desnitrificación, y posteriormente al reactor aireado donde
se da la nitrificación. Desde el reactor aireado se deriva la corriente de
recirculación interna, que provee los nitratos necesarios a la desnitrificación
(a la cámara post-aireación), junto con la materia orgánica que contiene el
efluente que proviene desde el selector anaerobio.
En el reactor aireado, la porción de licor mezcla que no se recircula, se
envía al sedimentador secundario. Se realiza agregado de sulfato de
aluminio, para la precipitación de fósforo, a la salida del reactor aireado, en
la cámara de ingreso al sedimentador secundario, para favorecer la mezcla.
En el sedimentador, parte del lodo sedimentado se recircula en forma
regular hacia el sistema, ingresando a la cámara inicial de mezcla (previa
___________________________________________________________
INDUSTRIA 2 183
al selector anóxico) (RL 1); (también existe la posibilidad de recircular lodos
al reactor aireado (RL2). Otra porción de lodos se purga hacia el pozo de
lodos anaerobios y desde allí al tratamiento de barros.
Hay construido otro sedimentador circular para un eventual tratamiento
terciario en caso de que sea necesario para remoción de fósforo.
Tratamiento posterior al Sistema de Lodos Activados
El líquido clarificado de cada sedimentador secundario, se une en línea;
luego pasa por una unidad de desinfección UV; posteriormente a una
cámara de aforo con medición automática de caudal, y se descarga a curso
de agua, a una distancia de 14 km, ya que no puede ser vertido a cursos
de agua cercanos, debido a la pequeña superficie de cuenca de estos en
relación al caudal de efluente a verter.
4.2.1.5 Tratamiento de barros
Los lodos que se purgan del sedimentador secundario se derivan a los
reactores anaerobios de efluente (RA). Los barros grasos que se separan
en el desengrasador mecánico y los lodos anaerobios que se separan en
el sedimentador primario (procedentes de los reactores anaerobios de
efluentes, RA), se derivan al “pozo de lodos anaerobios” y desde allí al
digestor anaerobio de barros. Posteriormente se envía el digestado a un
espesador cónico, y luego a geotubos para su deshidratación, realizándose
agregado de polielectrolito en la línea de entrada a los geotubos.
___________________________________________________________
INDUSTRIA 2 184
4.2.1.6 Aspectos constructivos del SLA
Los reactores del SLA están parcialmente excavados en tierra, hasta una
profundidad de 2,5 m, y el resto de la altura mediante elevación de taludes;
con acondicionamiento del piso e impermeabilización con membrana
PEAD. Ambos trenes son idénticos, cada uno consiste en dos piletas, la
pileta de anoxia y la de aireación, unidades de construcción independiente
entre sí. En la pileta de anoxia las distintas zonas: anaerobia, post
anaerobia, anóxica y aireada, se encuentran compartimentadas mediante
membranas de PEAD, dispuestas como tabiques, de manera de promover
el flujo pistón a lo largo de estas. La aireación es del tipo de difusores de
burbuja fina de alto rendimiento, dispuesta en líneas de tuberías
transversales al reactor, que no se encuentran sostenidas de manera
rígidas al piso, sino que tienen cierta movilidad; cada línea es independiente
y se puede elevar para su mantenimiento, consistiendo en una ventaja
operacional importante, dado que no requiere ni el vaciado de los reactores,
ni el cese de la aireación en el resto de las líneas.
Los sedimentadores son idénticos de sección circular, de 16 m de diámetro
y 3 m de profundidad. Estas unidades fueron construidas desde cero.
4.2.1.7 Relación con la planta de tratamiento anterior
La PTE anterior estaba diseñada para un caudal medio de efluente de
3.400 m3/d, por lo tanto, el nuevo proyecto, además de modificar el
___________________________________________________________
INDUSTRIA 2 185
concepto de tratamiento, lo cual significaba de por sí, incorporar nuevas
unidades, debió duplicar la capacidad de tratamiento. Esto implicó construir
desde cero los Sistemas de Lodos Activados, los sedimentadores
secundarios, el reactor anaerobio nuevo de 5.000 m3. El resto de las
unidades se adaptaron a partir de unidades anteriores
4.2.2 Análisis de los parámetros de diseño del SLA
4.2.2.1 Características del influente
En la Tabla 15 se presenta los valores de cargas y concentración del
influente al SLA, los cuales se toman para el diseño del proyecto. Las
cargas del influente al SLA se estimaron a partir de las cargas de los
efluentes brutos generados en el proceso, y considerando la eficiencia de
remoción de las unidades de pretratamiento indicadas en la SADI.
Tabla 15: Industria 2 – Concentración y cargas de ingreso al Sistema de Lodos Activados, valores de diseño del proyecto
Concentración ingreso
Cargas ingreso (al SLA conjunto)
Caudal 6.000 m3/d 6.000 m3/d
DBO5 342 mg/L 2050 kg/día
DQO 625 mg/L 3.750 kg/día
Nitrógeno total 59 mg/L 355 kg/día
Fósforo total 12 mg/L 74 kg/día
SST 115 mg/L 690 kg/día
___________________________________________________________
INDUSTRIA 2 186
4.2.2.2 Requerimientos del influente de salida
Para esta industria el requerimiento del influente de salida corresponde a
los estándares establecidos en la normativa, excepto para fósforo que se
estableció un valor más restrictivo de 2,7 mg/L.
4.2.2.3 Parámetros de diseño del SLA según metodología de cálculo
propuesta
El objetivo de esta sección consiste en relevar los parámetros de diseño;
en particular calcular los parámetros de referencia (carga de lodos,
producción específica de sólidos, SRT, MLSST, relaciones de recirculación,
el ISL, entre otros), a partir de aquellos parámetros que quedaron fijos en
el proceso de diseño (dimensiones de las unidades y configuración del
SLA) y comparar los primeros con los rangos/valores de referencia que se
encuentran en bibliografía.
En la Tabla 16, se muestran los parámetros de diseño; para su cálculo se
utilizó el procedimiento presentado en el capítulo “3.3–Procedimiento para
relevar los parámetros de diseño del SLA” y la planilla de cálculo asociada.
En azul y con asterisco (*) se consigna los datos de entrada para el cálculo,
que corresponden a los brindados por la empresa como parte del proyecto,
en negro los datos obtenidos a partir del procedimiento de cálculo.
Para algunos parámetros la empresa brindó rangos en vez de valores
puntuales de diseño: MLSST (entre 3 y 4 kg/m3) e ISL (entre 90-120 mL/g).
___________________________________________________________
INDUSTRIA 2 187
Además, se entiende interesante analizar la variación de los SST de
ingreso al SLA, dado que este parámetro es fundamental para la
producción específica de lodos; para lo cual se toma el valor brindado por
la empresa (SSTentrada=115mg/L) y otro más crítico (SST=200mg/L), que
se asume también brindado por la empresa. Considerando ambos motivos,
se analizan dos escenarios para el diseño del proyecto, con las siguientes
condiciones:
(i) (SST/ DBO5) entrada= 0,59 , MLSST = 3 kg/m3 , ISL = 120 mL/g;
(ii) SST/ DBO5) entrada= 0,34 , MLSST = 4 kg/m3 , ISL = 90 mL/g;
Tabla 16: Industria 2 - parámetros de diseño del SLA
Parámetros de diseño
Valor de diseño un tren
Escenario (i)
Valor de diseño un tren
Escenario (ii)
Valor de diseño dos trenes.
Escenario (ii)
Configuración del SLA Vana =
2 trenes en paralelo Vanox=
Vaero=
VAT=
VD=
VD/VAT disponible=
1.050 m3 (*)
2.100 m3 (*)
2.000 m3 (*)
4.100 m3 (*)
2.100 m3 (*)
0,5 (*)
1.050 m3 (*)
2.100 m3 (*)
2.000 m3 (*)
4.100 m3 (*)
2.100 m3 (*)
0,5 (*)
2.100 m3 (*)
2.100 m3 (*)
4.000 m3 (*)
8.200 m3 (*)
4.100 m3 (*)
0,5 (*)
CAPACIDAD DEL REACTOR BIOLÓGICO
Temperatura (°C) 15 15 15
Carga de DBO5 que ingresa (kg DBO5/d)
1025 1025 2050
Concentración de sólidos (MLSST) (kg/ m3)
3 (*) 4 (*) 4 (*)
Carga de lodos (kg DBO5/kg SST.d)
0,08 0,06 0,06
Producción de lodos debido a degradación de carbono
___________________________________________________________
INDUSTRIA 2 188
Relación en el influente XSST/CDBO5
0,6 (*) 0,3 (*) 0,3 (*)
Producción Específica de sólidos (kg SST producidos por carbono/kg DBO5 entrada)
0,64 0,43 0,43
Producción de sólidos por degradación de carbono (kg SST por carbono/día)
660 445 890
Tiempo de retención celular, SRT (d)
19 37 37
Fósforo a precipitar
Producción de lodos biológicos concentrados en fósforo (kg SST/d)
31 31 62
Agregado de sales para precipitación físico-química (kg Al a agregar/día)
15 15 30
producción de lodos precipitados con sales (kg SST/d)
62 62 124
Producción de lodos totales (lodos que salen en purga y clarificado)
Producción de lodos totales (kg SST/d)
750 540 1080
Producción de sólidos que se derivan a sistema de deshidratación (lodos en purga)
Caudal de purga (m3/d) 95 50 100
Sólidos que se van con la purga (kg SST/d)
695 480 960
SEDIMENTADOR SECUNDARIO
Un sedimentador secundario por cada tren, Diámetro (m)
Área 201 m2 (*)
Área 201 m2 (*)
Área 201 m2 (*)
Caudal máximo horario (m3/h) 188 (*) 188 (*) 188 (*)
qH (m3/m2/h) 0,93 0,93 0,93
ISL (mL/g) 120 (*) 90 (*) 90 (*)
___________________________________________________________
INDUSTRIA 2 189
Concentración de sólidos en la recirculación y en la purga , SSTRL (kg/m3)
7,3 9,8 9,8
Relación recirculación lodos 0,7 0,7 0,7
Caudal de recirculación de lodos (m3/d)
2070 2070 4140
Profundidad requerida < profundidad disponible
3,1m< 3,0m (*)
3,1 m< 3,0m (*)
3,1 m< 3,0m (*)
Capacidad de desnitrificación y relaciones de recirculación
RC total 2,6 2,6 2,6
Eficiencia desnitrif disponible con ese RCtotal
72% 72% 72%
Inverso de Capacidad de desnitrificación (DBO5 entrada/nitrato a desnitrificar)
10 10 10
Capacidad de desnitrificación 0,10 0,10 0,10
Verificar que (𝑉𝐷 𝑉𝐴𝑇⁄ ) requerido < disponible
0,2 < 0,5 0,2 < 0,5 0,2 < 0,5
VERIFICACIÓN DEL REQUERIMIENTO DE OXÍGENO
Requerimientos de O2 (kg O2/h) 92 82 165
Análisis de las condiciones de diseño resumidas en la Tabla 16:
Reactor biológico
Considerando las concentraciones de sólidos propuestas, MLSST= 3 y 4
kg/m3, se tiene una carga de lodos F/M= 0,08 y 0,06 kg DBO5/kg SST.d
respectivamente, valores adecuados, que se encuentran dentro de los
rangos sugeridos en las guías alemanas) (DWA-M 708, 2011), (entre 0,05
y 0,2 kg DBO5/kg SST.d) y por lo tanto permite prever una buena actividad
___________________________________________________________
INDUSTRIA 2 190
de nitrificación en el reactor biológico para ambas condiciones de
operación.
En cuanto a la relación de sólidos/ DBO5 del influente ( 𝑋𝑆𝑆𝑇,𝐼𝐴𝑇 𝐶𝐷𝐵𝑂,𝐼𝐴𝑇⁄ ),
se tiene que el escenario i) el valor supuesto (0,59 kg SST/kg DBO5
entrada) está dentro de lo recomendado y lleva a que el SRT de diseño,
requerido sea de 19 días. En cambio, en el escenario ii) el valor tomado
para el diseño (0,34 kg SST/kg DBO5 entrada) es un poco bajo, si bien está
dentro de los rangos recomendados. A esto debe agregarse que en el
escenario ii) se toma para el diseño una concentración de sólidos más alta
en el reactor (4 kg/m3), lo que lleva a que en el escenario ii), los tiempos
de retención de sólidos serán demasiado altos (37 días).
Ambos valores de SRT llevan a condiciones distintas en lo que refiere a la
producción total de lodos, con la consiguiente evaluación de las cantidades
generadas para su deshidratación y tratamiento posterior; y el consumo de
oxígeno.
Para mantener la MLSST de diseño en el reactor, debe evaluarse la
concentración de sólidos en la recirculación de lodos, y la relación de
recirculación. Para ambos escenarios, MLSST=3 y 4 kg/m3, se requiere
una concentración SSTRL = 7,3 y 9,8 kg/m3, valores alcanzables en el
sedimentador. En lo que refiere a la recirculación de lodos, no hay gran
variación entre una u otra (70% ambas).
___________________________________________________________
INDUSTRIA 2 191
En lo que refiere a la capacidad de desnitrificación del sistema, este
parámetro depende de las cargas de entrada de DBO5 y Nitrógeno, que en
este diseño se tomó la misma para ambos escenarios, tomando un valor
sumamente holgado de 0,10 kg nitrato a desnitrificar / kg DBO5 de entrada
(o su inverso 10 kg DBO5/kg nitrato > 4, según se sugiere de referencia).
A partir de la capacidad de desnitrificación, se determina la relación de
volúmenes 𝑉𝐷 𝑉𝐴𝑇⁄ necesaria (0,2), la cual confirma que es menor que la
relación de volúmenes disponible (0,5).
En lo que refiere a la remoción de fósforo, la concentración de fósforo en el
influente es de 12 mg/L, la concentración que queda en el líquido del
reactor, luego de la remoción biológica es de 4 mg/L, y es esta cantidad la
que debe removerse mediante el agregado de sales.
Sedimentador secundario
Se diseñó para una carga hidráulica de 0,93 m3/m2/h, valor un poco mayor
que los que se manejan como referencia (< 0,5 m3/m2/h); podría preverse
una eficiencia de separación de sólidos menor que la necesaria, en los
momentos en que llegan los caudales horarios máximos. Por otra parte, el
Índice de Sedimentabilidad utilizado para el diseño (tomado en base a
valores reales), entre 90 y 120 mL/g, indica buenas características de
sedimentabilidad del lodo.
___________________________________________________________
INDUSTRIA 2 192
En lo que refiere a la profundidad necesaria, esta queda determinada por
la carga hidráulica, el ISL, y la concentración de sólidos necesaria en la
recirculación. Se tiene que la profundidad necesaria es igual que la
requerida, esto significa que para cada condición de MLSST elegida (3 y 4
kg/m3), el ISL que luego se tenga realmente, no debe superar los valores
supuestos (120 y 90 mL/g respectivamente).
4.2.3 Análisis de la operación en régimen de la PTE
En este apartado se realizará un análisis comparativo entre las condiciones
de diseño del proyecto de ingeniería, y los valores de operación una vez
que la PTE ha alcanzado el régimen.
La información correspondiente al período de operación en régimen
corresponde a datos reales, mediciones del efluente final y seguimiento de
los parámetros de operación, presentados por la empresa y relevados en
inspecciones de DINAMA.
La construcción del sistema de remoción de nutrientes de Industria 2 fue
bastante rápida, porque en el momento que surgió el Plan de Acción, la
industria se estaba encaminando en realizar modificaciones importantes en
su PTE, con lo cual ya tenía previsto y avanzado en varios aspectos en la
planificación y diseño de un proyecto. Esto implica que la puesta en
operación se dio con anterioridad para esta industria y ya cuenta con 3 años
de operación en régimen.
___________________________________________________________
INDUSTRIA 2 193
Sin embargo, para el análisis se toman datos de 12 meses de operación.
El hecho de no abarcar un período mayor, se debe a que si bien para varios
análisis se cuenta con gran cantidad de datos para un período mayor que
el propuesto (entre otros: análisis del efluente de salida, condiciones
operativas del SLA como MLSST, aireación, caudales de recirculación),
para algunos parámetros del influente de entrada, no se contaba con datos,
ya que el control de la operativa propia que realiza esta industria no lo
requiere. Por tal motivo y para comparar datos para el mismo período, se
optó de restringir el período de estudio.
Los datos sobre las características del efluente de ingreso a la PTE se
resumen en la Tabla 17, corresponden a resultados de análisis para el
período de estudio (12 meses), brindados por la industria en el expediente
de control y seguimiento. El caudal de efluente corresponde a efluente
vertido y es un valor promedio del período, brindado por la industria en base
a medidas.
Tabla 17: Industria 2, concentración del efluente bruto homogeneizado, valores de operación.
Caudal (A) (m3/d)
DBO5 (mg/L)
DQO (mg/L)
Ntotal (mg/L)
Ptot (mg/L)
SST (mg/L)
promedio 4080 640 1370 135 21 310
Máximo 4480 1490 5700 349 61 440
valores de diseño 6000 1085 1810 65 13 570 (A) El caudal corresponde a efluente vertido
___________________________________________________________
INDUSTRIA 2 194
Estas características corresponden al efluente bruto que ingresa al
pretratamiento, (no corresponden al influente al SLA)
4.2.3.1 Características del influente al SLA
En la Tabla 18 se presenta las características del influente, esto es en la
cámara de ingreso al SLA, que recibe las corrientes: del desengrasador
(30% del caudal) y del sedimentador primario posterior a los reactores
anaeróbicos (70% del caudal). Cabe indicar que los datos provistos por la
empresa corresponden a un resultado de análisis para cada corriente, dado
que en su metodología de control operacional no contempla el análisis de
las características del efluente en este punto.
Tabla 18: Industria 2, concentración y carga del influente que ingresa al SLA – valores de operación
Caudal DBO5 DQO Ntotal Ptot SST
concentraciones de ingreso al SLA
4080 (m3/d)
370 (mg/L)
615 (mg/L)
60
(mg/L)(A)
20 (mg/L)
sd
Cargas de ingreso al SLA
4080 (m3/d)
1500 (kg/d)
2500 (kg/d)
246 (kg/d) (A)
80 (kg/d)
sd
valores de diseño 6000 (m3/d)
2050 (kg/d)
3750 (kg/d)
355 (kg/d)
74 (kg/d)
sd
(A) el análisis provisto por la industria corresponde a NKT, dado la etapa del tratamiento en que se encuentra (a la salida del pretratamiento), se supone que NO-
3=0 y se asume Ntotal= NKT+ NO-3≈NKT
___________________________________________________________
INDUSTRIA 2 195
4.2.3.2 Parámetros de operación del SLA según la metodología de
cálculo propuesta
Los parámetros de operación durante el período de operación analizado se
muestran en la Tabla 19. Los datos en azul y con asterisco (*) son brindados
por la industria en base a medidas, los datos en negro son calculados. En
la Tabla 20 se muestran los valores promedio del efluente de salida, para
el período en estudio.
Tabla 19: Industria 2, parámetros del SLA, comparación entre valores de diseño y de operación
Parámetros de diseño
Valor de diseño ambos trenes
Valor de operación
ambos trenes
Configuración del SLA Vana =
2 trenes en paralelo Vanox=
. Vaer=
Volúmen útil VAT=
VD=
VD/VAT disponible=
2.100 m3 (*)
4.200 m3 (*)
4.000 m3 (*)
8.200 m3 (*)
4.200 m3 (*)
0,5 (*)
2.100 m3 (*)
4.200 m3 (*)
4.000 m3 (*)
8.200 m3 (*)
4.200 m3 (*)
0,5 (*)
CAPACIDAD DEL REACTOR BIOLÓGICO
Temperatura 19°C (*) 8 19°C (*)
Carga de DBO5 que ingresa (kg DBO5/d) 2050 1510
Concentración de sólidos (MLSST) (kg/ m3) 4 (*) 11,7 (*)
Carga de lodos (kg DBO5/kg SST.d) 0,06 0,02
8 En realidad la temperatura de diseño fue 15°C, sin embargo se toma 20°C, para comparar
la producción de lodos carbonosos de diseño, y la de operación. Como el cálculo depende significativamente de la temperatura, se toma 20°C
___________________________________________________________
INDUSTRIA 2 196
Producción de lodos (lo que sale con purga y clarificado)
Relación en el influente XSST/CDBO5 0,3 (*) Sd
Tiempo de retención celular, SRT (d) 39 32
Producción de lodos totales (kg SST/d) (salen por purga y por clarificado)
1030 3000
Producción de sólidos que se derivan a deshidratación (lodos en purga)
Masa de sólidos (secos) que se van con la purga que se derivan a digestión anaerobia
915 2915
Caudal de purga (m3/d) 93 240 (*)
SEDIMENTADOR SECUNDARIO
Un sedimentador secundario por cada tren,
Diámetro (m) 16 (*) 16 (*)
Caudal máximo horario (m3/h) 188 (*) 128 (*)
qA (m3/m2/h) 0,93 0,63
ISL (ml/g) 90 (*) 73 (*)
Concentración de sólidos en la recirculación y en la purga , SSTRL (kg/m3)
9,8 12,1
Relación recirculación lodos 0,7 0,7 (*)
Caudal de recirculación de lodos (m3/d) 4140 2860
Profundidad requerida < profundidad disponible
3,1m < 3,0m(*)
6,4 m< 3,0m(*)
Capacidad de desnitrificación y relaciones de recirculación
Inverso de Capacidad de desnitrificación (DBO5 entrada/nitrato a desnitrificar)
10 10 (*)
Capacidad de desnitrificación 0,10 0,10
Diseño: eficiencia desnitrificación
Operación: % de nitrógeno que se desnitrificó
72% 60%
Otras condiciones de operación
___________________________________________________________
INDUSTRIA 2 197
• Se airea de manera de tener una concentración de oxígeno disuelto
de 2 mg/L en el reactor
• Caudales, se informa la suma de ambos trenes: caudal de ingreso al
SLA 170-180 m3/h; caudal de recirculación de lodos = 115 m3/h,
caudal de purga de lodos=60 m3/h
• Indice Volumétrico de Lodos= 850 mL/L, SSV/SST=0,24
Controles del SLA
El SLA tiene las siguientes mediciones en línea los cuales están
conectados a un sistema SCADA: caudal de ingreso a ambos trenes,
caudales de recirculación interno y de lodo, Oxígeno Disuelto y pH en línea
en los reactores aireados. Cuenta además con dos operadores
capacitados, con presencia permanente en las instalaciones de la PTE, en
dos turnos de trabajo.
Tabla 20: Industria 2, resultados de análisis a la salida de la PTE
DBO5 (mg/L)
NKT (mg/L)
NH4 (mg/L)
NO-3
(mg/L) Ptot (mg/L)
SST (mg/L)
Promedio período de estudio (12 meses)
6 5 1 7 1 23
Valor máximo para período de estudio (12 meses)
15 9 6 13 3 63
Cantidad de muestras, período de estudio (12 meses)
15 10 15 15 14 12
Límites normativa 60 10 5 20 2,7 150
___________________________________________________________
INDUSTRIA 2 198
4.2.4 Análisis de las condiciones de operación del SLA
Las cargas reales de entrada del influente son un poco menores a las
propuestas para el diseño para DBO5 y nitrógeno, en cambio para fósforo la
carga de operación es similar a la de diseño (ver Tabla 18). Además, el
caudal es un 30% menor, esto se debe a que la industria no está
produciendo a su máxima capacidad instalada.
El SLA se encuentra operando con concentración de sólidos en el reactor
muy elevada, promedio de 11,7 kg/m3; estos valores son muy superiores a
los de diseño (4 kg/m3) y por encima de las referencias (3 a 7 kg/m3).
Respecto a la carga de lodos, los parámetros que la afectan, menor carga
orgánica de entrada y significativamente mayor MLSST, llevan a que la
carga de lodos sea de 0,02 kg DBO5/kg SST.d, valor menor al mínimo del
rango de referencia (0,05 a 008 kg DBO5/kg SST.d). Sin embargo, en
función de los valores de NH4 del efluente de salida, se observa que se ha
alcanzado adecuada eficiencia de nitrificación, concluyéndose que la carga
de lodos sería admisible. Dadas la elevada MLSST y el volumen del reactor,
se tiene una masa de sólidos en el reactor (96 toneladas de SST, en
comparación con las 33 toneladas previstas en el diseño), la cual requiere
una aireación significativamente mayor. La mayor cantidad de masa de
SST, implica una producción de sólidos en la operación, mayor que la
prevista en el diseño (2915 kg SST/d que se purgan, frente a 915 kg SST/d
previstos en el diseño).
___________________________________________________________
INDUSTRIA 2 199
En el período de estudio, el reactor se mantuvo en régimen con esta
concentración de MLSST, por lo que el SRT de operación es de 32 días,
en comparación con el SRT propuesto en el diseño, de 39 días. Para la
temperatura de operación (19°C), la edad de lodos teórica sugerida para la
estabilización de los lodos es de 33 días que es del orden del SRT de
operación 32 días, en este sentido se tendría el tiempo de estabilización de
lodos para el decaimiento endógeno.
La relación SSV/SST=0,24 es baja, característica que puede darse en
efluentes lácteos dado el incremento de sólidos inertes de precipitados de
calcio y magnesio.
Por otra parte, la alta MLSST y la relación SSV/SST, contribuyen a un ISL
de 73 mL/g, que permite una adecuada sedimentación.
La relación (DBO5 de entrada)/(nitrato que se debería desnitrificar) está en
el entorno de 10, mayor que 4, el valor de referencia, por lo cual, la relación
de volúmenes (VD/VAT=0,5) está holgada para este efluente cuya
proporción de nitrógeno es baja en comparación con la materia orgánica
En base a balance de masa del nitrógeno que realmente se desnitrificó, se
tiene que corresponde a un 60% del nitrógeno de entrada al SLA (un 25%
se incorporó en los barros y un 15% se fue con el efluente).
La aireación del reactor fue en exceso durante el período de estudio.
___________________________________________________________
INDUSTRIA 2 200
Sedimentador Secundario:
Los valores altos de MLSST, influyen en el índice Volumétrico de Lodos
(mL/L), variable que afecta la eficiencia del sedimentador secundario;
incluso aunque el Índice de Sedimentabilidad de Lodos de operación es
adecuado, se observa que la profundidad requerida en las condiciones
reales de operación es mayor que la de las condiciones de diseño. Este
aspecto se verifica con los valores de SST del clarificado que indican un
leve escape de sólidos (promedio 23 mg/L).
Remoción de fósforo
Tal como se observa, el contenido de fósforo en el efluente de entrada es
moderado, y la combinación de remoción biológica mediante el selector
anaerobio, y remoción fisicoquímica mediante precipitación con sulfato de
aluminio, permite alcanzar valores de 2 mg/L en el efluente de salida. Sería
conveniente evaluar la proporción de fósforo que se remueve mediante
remoción biológica o fisicoquímica. A priori, los valores de SRT altos con
los que se está operando, no favorecen la remoción biológica.
Aspectos constructivos
Tal como se mencionó para la industria 1, el hecho de contar con dos trenes
paralelos es muy ventajoso, a los fines del mantenimiento, o la realización
de pruebas para cambiar algún parámetro de operación.
___________________________________________________________
INDUSTRIA 2 201
La configuración del SLA propuesta, cuenta con varias ventajas para los
efluentes de lácteas que se describieron en el capítulo “0-Sistemas de
tratamiento de efluentes de industrias lácteas”. La secuencia: selector
anaerobio/reactor post-aireación/reactor anóxico favorece la minimización
del ingreso de oxígeno al reactor anóxico, ya que los lodos de recirculación
ingresan primero a la post aireación para disminuir el oxígeno disuelto.
Adicionalmente, la presencia del selector anaerobio y el agregado de
sulfato de aluminio, favorecen el no desarrollo de bacterias filamentosas.
Pretratamiento
Las unidades y su disposición implementadas, son las que se propone
como referencia en la bibliografía (el capítulo “0) para el pretratamiento de
los efluentes lácteos: se previó piletas de amortiguación y/o contingencia,
dado que en las plantas lácteas es habitual los pulsos de caudal o
corrientes con pHs extremos. Cuenta con unidades de desengrasado.
Adicionalmente, considerando la alta carga de materia orgánica del efluente
bruto y el contenido moderado de nitrógeno, se prevé optima la
combinación de reactores anaerobios en el pretratamiento y luego un SLA.
4.2.5 Conclusiones particulares para el caso de estudio
1. Configuración del SLA: se adecúa a las recomendaciones de
bibliografía, y en base a los resultados de operación se concluye
___________________________________________________________
INDUSTRIA 2 202
ventajosa para los efluentes en estudio, que corresponden al sector
lácteo.
2. Pretratamiento: cumple con las recomendaciones de bibliografía, y en
base a los resultados de operación se concluye óptimo para adecuar el
efluente para su ingreso al SLA.
3. Parámetros de diseño: si bien algunos parámetros de operación tomaron
valores distintos a los propuestos en el diseño, en particular MLSST,
Producción de lodos, SRT, esto en principio no afecto la eficiencia en
alcanzar los requerimientos de vertido, ni afectó en la sostenibilidad de
la planta durante ese período de estudio.
4. Aptitud del SLA para cumplir con los estándares de vertido
a. Durante el período de operación en el que se realizó este estudio, la
PTE operó con cargas de ingreso (hidráulica, DBO5 y nitrógeno) un
poco menores a las de diseño, debido a que está produciendo a
menor nivel. Las conclusiones a continuación, refieren a las
condiciones en las que realmente operó.
b. Considerando la carga de efluentes que ingresó, se logró alcanzar
las condiciones de vertido previstas en el diseño.
c. Para las condiciones de operación, el sistema de tratamiento de
Industria 2, permite alcanzar valores de DBO5<10; SST< 20;
Nkjeldahl < 10 mg/L; NO-3 < 10; Ptot < 2-3 mg/L, de manera
sostenida.
___________________________________________________________
INDUSTRIA 3 203
d. Una vez en régimen, este sistema de tratamiento permite alcanzar
las siguientes eficiencias promedio:
DBO5 Ntot PTOT
Eficiencias del sistema de remoción de nutrientes (SLA)
98% 80% 90 %
Nota: estos valores están calculados a partir de datos promedio, por lo tanto son aproximados; además son conservadores, dado que para situaciones puntuales se puede alcanzar mayores eficiencias.
INDUSTRIA 3
4.3.1 Análisis de los aspectos de diseño del proyecto de ingeniería
4.3.1.1 Descripción de la actividad
Es un frigorífico que faena vacunos y ovinos. El diseño de la planta de
tratamiento de efluentes se realiza para la capacidad máxima de faena de
vacunos. En la Tabla 21 se describe el nivel de actividad y producción para
el cual se diseñó el proyecto de ingeniería.
Tabla 21: Industria 3, nivel de actividad – valores de diseño del proyecto
Producción máxima diaria
Producción máxima mensual
Consumo de agua por unidad de producción
550 vacunos faenados/día
11.000 Vacunos faenados/mes
2.730 litros/vacuno faenado
3.400 Ovinos faenados/día
14.000 Ovinos faenados/mes
442 litros/ovino faenado
Datos tomados de la SADI presentada en noviembre de 2015
___________________________________________________________
INDUSTRIA 3 204
4.3.1.2 Características del efluente bruto generado
En la Tabla 22 se muestran las características del efluente a tratar, que
surgen de valores experimentales de concentración brindados por la
industria, para cada una de las principales corrientes que ingresan a la
planta de tratamiento. Las muestras fueron tomadas en una configuración
anterior del pretratamiento de efluentes, que no coincide con la
configuración actual. A los efectos del diseño, cabe indicar que ingresaban
a la PTE las tres líneas que se describen en la Tabla 22, en los tres casos
la ubicación de muestreo es posterior a las unidades de separación de
sólidos (tamiz-prensa), y previo a las graseras estáticas. A partir de dichos
valores de concentración de cada corriente, y el caudal de agua residual
generada, estimada en base al consumo por producción, la empresa
calculó la carga total del efluente bruto.
Tabla 22: Industria 3, concentración y carga del efluente bruto sin tratamiento - valores para diseño del proyecto
Concentración efluente rojo, y verde de lavado corrales
Concentración efluente verde de mondonguería y tripería
Concentración efluente desosado
Cargas totales efluente bruto
Caudal generado 350 m3/d 580 m3/d 280 m3/d 1.210 m3/d
DBO5 3625 mg/L 2450 mg/L 533 mg/L 2.839 kg/d
NTK 120 mg/L 145 mg/L 22 mg/L 132 kg/d
Fósforo total 13 mg/L 16 mg/L 2 mg/L 14 kg/d
Aceites y Grasas 634 mg/L 525 mg/L 120 mg/L 560 kg/d
SST 1305 mg/L 2100 mg/L 267 mg/L 1.750 kg/d
Datos tomados de la SADI presentada en noviembre de 2015
___________________________________________________________
INDUSTRIA 3 205
4.3.1.3 Descripción de la Planta de Tratamiento
Adaptado de SADI presentada por industria 3(VER PRÒXIMA PÀGINA)
___________________________________________________________
INDUSTRIA 3 206
4.3.1.4 Descripción del pretratamiento
La industria 3, cuenta con 4 corrientes de efluentes brutos que se generan
en el proceso.
Dos corrientes independientes de efluentes verdes, una procedente del
lavado de corrales y la otra corriente procedente de planta industrial
(mondonguería y tripería), pasan cada una por un sistema de tamiz
parabólico y prensa extrusora.
La corriente de rojos pasa por unidades desengrasadoras, se une a la verde
de corrales (luego de pasaje de esta última por zaranda y prensa), y ambas
se derivan a una unidad de decantación denominada separador de barros.
La corriente de desosado, con pequeña carga en comparación con las
anteriores, se deriva por razones de ubicación, a la corriente de verdes de
planta industrial (mondonguería y tripería), uniéndose luego de que esta
última pasó por tamiz y prensa; posteriormente pasan por dos
desengrasadores en serie y se derivan al separador de barros.
Posterior al separador de barros, se derivan a una laguna de
homogeneización y desde allí al Sistema de Lodos Activados.
4.3.1.5 Descripción del Sistema de Lodos Activados
Consiste en un reactor de nitrificación-desnitrificación simultáneo (Figura
13), donde en el mismo reactor se propician zonas anóxicas y aireadas. No
___________________________________________________________
INDUSTRIA 3 207
cuenta con tabiques separadores, por lo que es fundamental que puedan
generarse diferentes zonas, con condiciones aireadas y condiciones
anóxicas, siempre con agitación.
Figura 13: SLA nitrificación/desnitrificación simultánea
Tal como puede observarse, no existe recirculación externa del licor de
mezcla, sin embargo, debe existir un flujo interno, el cual se logra mediante
los agitadores; dicho flujo debe generarse de manera que el líquido
atraviese las zonas anóxicas y aireadas, en los tiempos de reacción
necesarios, y siendo él mismo el generador de estas zonas. El efluente
procedente del pretratamiento ingresa por una zona anóxica, de manera de
proveer el carbono fácilmente degradable para la desnitrificación.
El líquido que sale del reactor biológico se deriva a un sedimentador
secundario, con la consiguiente recirculación de lodos. El clarificado
atraviesa una cámara de desinfección y se vierte a curso de agua.
___________________________________________________________
INDUSTRIA 3 208
4.3.1.6 Tratamiento de barros
Los barros biológicos se envían directamente desde la purga del
sedimentador secundario a geotubos.
4.3.1.7 Aspectos constructivos del SLA
El reactor simultáneo es excavado en tierra, se construyó a partir de una
laguna existente; sin embargo, debió realizarse un intenso trabajo de
adecuación de pisos y taludes, los cuales debieron afirmarse e
impermeabilizarse. El reactor tiene un volumen de 11.000m3.
El sistema de aireación consiste en difusores de discos de membrana;
dispuestos en líneas (tuberías de aireación) que se pueden operar y
levantar independientemente.
El sistema de aireación ocupa un 65% de la superficie del reactor, y se
encuentra ubicado centralmente. En una de las cabeceras anóxicas hay
dos mixers, y un mixer en la otra, dispuestos de modo de generar un flujo
que acompaña la geometría del reactor.
El sedimentador secundario está construido como dos unidades de
sedimentación paralelas, en una única estructura envolvente de hormigón,
dividida por una pared, que tiene una fosa común de lodos. Cada barredor
está montado sobre ejes de acero inoxidable, cadena de plástico y paletas
de goma
___________________________________________________________
INDUSTRIA 3 209
4.3.1.8 Relación con la planta de tratamiento anterior
La planta de tratamiento anterior contaba con las mismas unidades de
pretratamiento, sin embargo, el flujo del pretratamiento se modificó
posteriormente. Anteriormente se dividía en dos corrientes de ingreso
principales (verdes de mondonguería + desosado; verdes de corrales +
rojas), que atravesaban sendos sistemas de graseras o desengrasadores.
Luego de este pretratamiento, había un sistema de 7 lagunas.
En relación con el pretratamiento se modificó el ingreso de las corrientes,
se deshabilitaron las lagunas 1 a 4, la laguna 5 pasó a ser la actual laguna
de homogeneización/acumulación, y la laguna 7 se adecuó para pasar a
ser el actual reactor de nitrificación/desnitrificación.
4.3.2 Análisis de los parámetros de diseño del SLA
4.3.2.1 Características del influente al SLA
Las cargas de ingreso al sistema de N/D se presentan en la Tabla 23. Estas
se calcularon en función del pretratamiento que existía, cuyos datos de
eficiencia correspondían a valores reales de funcionamiento. Para el
cálculo se utilizaron los datos de los efluentes brutos provistos por la
empresa en la SADI, y la eficiencia de remoción de las unidades de
desengrase también provista por la empresa, remoción de AyG= 70% y
___________________________________________________________
INDUSTRIA 3 210
DBO5=15%, los demás parámetros (Ntot, Ptot, SST) se asume que no hay
remoción.
Cabe indicar que el pretratamiento que había en el sistema viejo y el actual,
no hubo variación en las unidades de desengrase que se utilizan, pero hubo
cambios menores en lo que respecta a la derivación de las corrientes y los
puntos de mezcla, estos no afectan en la etapa de diseño, el cálculo de la
eficiencia del pretratamiento y de las características del efluente luego de
atravesarlo.
Tabla 23: Industria 3, cargas de ingreso al Sistema de Lodos Activados - valores para diseño del proyecto
Cargas ingreso Concentración ingreso
Caudal 1210 m3/d 1210 m3/d
DBO5 2413 kg/día 1994 mg/L
DQO Sd Sd
Ntotal 132 kg/día 109 mg/L
Ptotal 14 kg/día 12 mg/L
SST 1750 kg/día 1446 mg/L
Aceites y Grasas 168 kg/día 139 mg/L
sd – sin dato
Aptitud del influente para el tratamiento en el SLA:
• Relación DQO/ DBO5 = sd; no se tiene dato de DQO
___________________________________________________________
INDUSTRIA 3 211
• Relación DBO5/NKT ~ DBO5/Ntotal = 18; valor que indica que el
efluente cuenta con materia orgánica más que suficiente para
proveer la etapa de desnitrificación9.
4.3.2.2 Requerimientos del influente de salida
Para esta industria el requerimiento del influente de salida corresponde a
los estándares establecidos en la normativa.
4.3.2.3 Parámetros de diseño del SLA según metodología de cálculo
propuesta
El objetivo de esta sección consiste en relevar los parámetros de diseño;
en particular calcular los parámetros de referencia (carga de lodos,
producción específica de sólidos, SRT, MLSST, relaciones de recirculación,
el ISL, entre otros) a partir de aquellos parámetros que quedaron fijos en el
proceso de diseño (dimensiones de las unidades, y configuración del SLA)
y comparar los primeros con los rangos/valores de referencia que se
encuentran en bibliografía.
9 Se calcula la relación DBO/NKT como primera aproximación. En realidad no todo el NKT del influente se transformará en nitrato, ni todo el nitrato formado se desnitrificará (ver capítulo 2.12.9), por lo que ha de tenerse en cuenta que este valor es una estimación gruesa, que puede ser útil para contar con un valor indicativo inicial, y luego deberá realizarse un cálculo más preciso. Por otra parte, en este caso no se tiene el valor de NKT, se toma el de nitrógeno total asumiendo que los efluentes de este rubro industrial la concentración de nitrato es despreciable.
___________________________________________________________
INDUSTRIA 3 212
En la Tabla 24, se muestran los parámetros de diseño; para su cálculo se
utilizó el procedimiento presentado en el capítulo “3.3 - Procedimiento para
relevar los parámetros de diseño del SLA”. En azul y con asterisco (*) se
consigna los datos brindados por la empresa como parte del proyecto, en
negro los datos obtenidos a partir del procedimiento de cálculo.
En el proceso de diseño la empresa definió los parámetros (escenario i);
como parte de la tesis se plantea otro (escenario ii), solo a efecto de un
análisis comparativo, cuyo único cambio entre uno y otro es la
concentración de sólidos con la que se prevé operar el reactor:
(i) (SST/ DBO5) entrada= 0,73 , MLSST = 3 kg/m3 , ISL = 110 mL/g;
(ii) (SST/ DBO5) entrada= 0,73 , MLSST = 4 kg/m3 , ISL = 110 mL/g;
Tabla 24: Industria 3, parámetros de diseño del SLA
Parámetros de diseño Escenario (i) Escenario (ii)
Configuración del SLA: VAT =
Reactor simultáneo VD = Vanox=
VD/VAT disponible=
11.000 m3 (*)
35% (*)
0,35 (*)
11.000 m3 (*)
35% (*)
0,35 (*)
CAPACIDAD DEL REACTOR BIOLÓGICO
Temperatura de diseño (°C) 15 (*) 15 (*)
Carga de DBO5 que ingresa (kg DBO5/d) 2.420 2.420
Concentración de sólidos (MLSST) (kg/ m3)
3 (*) 4 (*)
Carga de lodos (kg DBO5/kg SST.d) 0,07 0,05
Producción de lodos debido a degradación de carbono
Relación en el influente XSST/CDBO5 0,73 (*) 0,73 (*)
___________________________________________________________
INDUSTRIA 3 213
Producción Específica de sólidos (kg SST producidos por carbono/kg DBO5 entrada)
0,73 0,70
Producción de sólidos por degradación de carbono (kg SST por carbono/día)
1755 1680
Tiempo de retención celular, SRT (d) 19 26
Fósforo a precipitar
Producción de lodos biológicos concentrados en fósforo (kg SST/d)
No tiene reactor
anaerobio
No tiene reactor
anaerobio
Agregado de sales para precipitación físico-química (kg Al a agregar/día)
Estequeométri camente no necesario
Estequeométricamente no necesario
producción de lodos precipitados con sales (kg SST/d)
Estequeométri camente no necesario
Estequeométricamente no necesario
Producción de lodos totales (lodos que salen por purga y clarificado)
Producción de lodos totales (kg SST/d) 1755 1680
Producción de sólidos que se derivan a deshidratación (lodos en purga) y caudal de purga
Sólidos que se van con la purga (kg SST/d)
1740 1665
Caudal de purga (m3/d) 217 207
SEDIMENTADOR SECUNDARIO
Un sedimentador con dos compartimentos,
Ambos(largo x ancho total x profundidad) (m)
21 x 9 x 5 (*) 21 x 9 x 5 (*)
Caudal máximo horario (m3/h) 76 (*) 76 (*)
qA (m3/m2/h) 0,4 0,4
ISL (mL/g) 110 (*) 110 (*)
Concentración de sólidos en la recirculación y en la purga , SSTRL (kg/m3)
8 8
___________________________________________________________
INDUSTRIA 3 214
Relación recirculación lodos 0,6 1,0
Caudal de recirculación de lodos (m3/d) 720 1205
Profundidad requerida < profundidad disponible
1,5 m< 5,0m (*) 2,1m< 5,0m (*)
Capacidad de desnitrificación
Inverso de Capacidad de desnitrificación (DBO5 entrada/nitrato a desnitrificar)
>100 >100
Capacidad de desnitrificación 0,01 0,01
Verificar que (𝑉𝐷 𝑉𝐴𝑇⁄ ) disponible < requerido
0,2 < 0,3 (*) 0,2 < 0,3 (*)
VERIFICACIÓN DEL REQUERIMIENTO DE OXÍGENO
Requerimientos de O2 (kg O2/h) 151 152
Análisis de las condiciones de diseño resumidas en la Tabla 24:
Reactor biológico
La concentración de sólidos para cada uno de los dos escenarios, MLSST=
3 y 4 kg/m3 elegidos por la empresa, se encuentra dentro de los rangos
sugeridos para operación (3 a 5 kg/m3). Esto permite operar con una carga
de lodos de 0,07 y 0,05 kg DBO5/ kg SST.d respectivamente, valores que
también se encuentran dentro de los rangos de referencia (0,05 y 0,15 kg
DBO5/ kg SST.d) (ATV - M767, 1988).
El SRT para cada escenario es de 19 y 26 días respectivamente. La edad
de lodos mínima para que haya desnitrificación es 9 días (la misma para
___________________________________________________________
INDUSTRIA 3 215
cada escenario dado que depende de igual relación VD/VAT), la edad de
lodos para estabilización de barros está en el orden de 25 días.
Capacidad de desnitrificación:
Se observa que la relación DBO5/nitrato a desnitrificar, es grande, por lo que
no habría problema de materia orgánica para la etapa de desnitrificación.
Esto se debe también a que la proporción de nitrógeno que se
nitrifica/desnitrifica, es pequeña, en comparación con el nitrógeno que se
incorpora al lodo, debido al crecimiento de biomasa.
Remoción de fósforo:
En base a los datos del contenido de fósforo del efluente de entrada, y los
cálculos de producción de lodos, se determina que todo el fósforo sería
incorporado a la biomasa.
Sedimentador secundario:
Se diseñó para una carga hidráulica 0,4 m3/m2/h, valor holgado respecto
al recomendado: 0,5 m3/m2/h.
4.3.3 Análisis de la operación en régimen del SLA
A los efectos de evaluar la operación en régimen del sistema, se toman los
datos experimentales presentados por la empresa y relevados en
inspecciones de DINAMA desde que la planta entró en régimen.
___________________________________________________________
INDUSTRIA 3 216
4.3.4 Período de puesta en operación
El análisis del Sistema de Lodos Activados operando en régimen, para la
presente tesis, abarca 20 meses. Durante este período, el nivel de faena,
las características de los procesos productivos, y las características del
caudal de efluente bruto generado, son del orden de las de diseño (faena
400-500 reses por día, caudal de efluente generado 1.000-1.200 m3/día).
Los datos para este período fueron brindados por la empresa, y por lo dicho
anteriormente, se consideran representativos a la situación de diseño.
4.3.4.1 Características del efluente bruto generado
No se cuenta con datos del efluente bruto generado para el período en
estudio10.
4.3.4.2 Características del influente al SLA
En la Tabla 25 se observan las características del influente de entrada al
SLA. Corresponde a un promedio de 16 muestras en un período de 20
meses. El valor de caudal de ingreso fue brindado por la industria, un
promedio de 1.100 m3/d
10 Cabe indicar que no son necesarios los datos del efluente bruto para el análisis de la
operación del SLA. Podrían ser interesantes para la evaluación de la eficiencia total del sistema de tratamiento.
___________________________________________________________
INDUSTRIA 3 217
Tabla 25: Industria 3, concentración y carga del efluente de entrada al SLA – valores de operación
Caudal DBO5 DQO NKT P total SST AyG
Promedio muestras (20 meses)
1.100 m3/d
1.450 mg/L
2.200 mg/L
260
mg/L
19
mg/L
770
mg/L
250
mg/L
Valores máximos reportados (A)
1.200 3.400 mg/L
5.400 mg/L
570
mg/L
32
mg/L
1.800 mg/L
760
mg/L
Cantidad de muestras
NC 16 16 6 16 16 16
Valores de diseño SADI
1.210 m3/d
2000 mg/L
sd 110
mg/L
12
mg/L
1.450 mg/L
140
mg/L (A) se toma el valor máximo para cada parámetro, cada valor es individual
4.3.4.3 Parámetros de operación del SLA según metodología de
cálculo propuesta
En la Tabla 26 se muestran los parámetros de operación y se los compara
con los parámetros de diseño. Los datos en azul y con asterisco (*), son
brindados por la industria en base a medidas, los datos en negro son
calculados. En la Tabla 27 se muestran los valores promedio del efluente
de salida, para un período de estudio de 15 meses11.
Considerando que para esta industria la temperatura es muy variable, en la
Tabla 26 se realiza el análisis para dos situaciones: la primera una
11 Respecto al efluente de salida, se tiene datos de un período menor que los datos que se tienen de la operación del reactor. Teniendo en cuenta que operó en régimen, se entendió que es preferible tomar todos los datos, aunque los períodos no tengan la misma extensión, antes que descartar parte de la información para hacer coincidir los períodos.
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INDUSTRIA 3 218
temperatura baja, para evaluar la situación más comprometida (15°C), para
todas las variables que brindó la industria, se toma los valores promedio del
período de estudio de 20 meses. Además, se realiza un análisis puntual
para un mes de alta temperatura (32°C), esto es posible porque se tienen
los datos de ese mes, necesarios para los cálculos.
Tabla 26: Industria 3, parámetros del SLA – comparación entre los valores de diseño y de operación
Parámetros de diseño y operación
valores de diseño
Valores de operación promedio
20 meses
Valores de operación
para un mes cálido
Configuración SLA Vtotal=
Reactor simultáneo Vanox=
VD/VAT disponible=
11.000m3 (*)
35% (*)
0,25 (*)
11.000m3 (*)
35% (*)
0,25 (*)
11.000m3 (*)
35% (*)
0,25 (*)
CAPACIDAD DEL REACTOR BIOLÓGICO
Temperatura (°C) 15 (*) 15 (*) 32 (*)
Carga de DBO5 que ingresa (kg DBO5/d)
2.420 1.595 3.706
Concentración de sólidos (MLSST) (kg/ m3)
3 (*) 5,9 (*) 5,3 (*)
Carga de lodos (kg DBO5/kg SST.d)
0,07 0,02 0,06
Producción de lodos (lo que sale del sistema por purga y clarificado)
Relación en el influente XSST/CDBO5
0,73 (*) 0,5 (*) 0,2 (*)
Tiempo de retención celular, SRT (d)
19 (*) 54 (*) 43 (*)
Producción de lodos totales que salen por purga y clarificado (kg SST/d)
1.755 1195 1345
___________________________________________________________
INDUSTRIA 3 219
Producción de sólidos que salen por la purga
Sólidos que se van con la purga (kg SST/d)
1.735 1175 1335
Caudal de purga (m3/d) 217 (*) 100 (*) 100 (*)
SEDIMENTADOR SECUNDARIO
Un sedimentador con dos compartimentos,
Ambos(largo x ancho total x profundidad) (m)
21 x 9 x 5(*) 21 x 9 x 5 (*) 21 x 9 x 5 (*)
qA (m3/m2/h) 0,4 0,4 0,4
ISL (mL/g) 110 (*) 75 (*) 66 (*)
Concentración de sólidos en la recirculación y en la purga (kg/m3)
8 11,8 13,4
Relación recirculación lodos 0,6 (*) 0,9 (*) 0,9 (*)
Caudal de recirculación de lodos (m3/d)
720 990 981
Profundidad requerida < profundidad disponible
0,2 < 0,3
Capacidad de desnitrificación y relaciones de recirculación
Inverso de Capacidad de desnitrificación (DBO5 entrada/nitrato a desnitrificar)
110 8 8
Capacidad de desnitrificación 0,01 0,13 0,12
Diseño: eficiencia desnitrificación
Operación: % de nitrógeno que se desnitrificó
16% 72% (A) 72% (A)
(A) este porcentaje no es la eficiencia de remoción, sino que la proporción de nitrato que se desnitrificó, respecto a la proporción que se incorporó en la biomasa, y la que se fue con el efluente.
Además, la empresa indicó las siguientes condiciones de operación:
• En el caso de esta industria, hay gran variación en las cargas de
ingreso al SLA. Si bien en el pretratamiento, hay una laguna previa de
___________________________________________________________
INDUSTRIA 3 220
acumulación/homogeneización, como en ésta ocurre una reducción
de DBO5 considerable, la industria la está generalmente bypaseando.
Por lo tanto, la discontinuidad en las cargas de ingreso al SLA, está
afectada por la variación en la generación de las mismas: variación
diaria que depende de las horas en las que se realiza la faena,
variación semanal dado que el fin de semana no se procesa, y
variación en el año, dado la organización de la producción.
• Hay una gran variación en la temperatura, principalmente estacional.
• La purga, en promedio se realiza mediante dos descargas
discontinuas de 50 m3 cada una.
• Tienen variadores de frecuencia, y varían la aireación en función de:
las cargas de ingreso, se intenta operar con OD mayor a 2 mg/L.
• Realizan agregado de sulfato de aluminio: en un loop, a la entrada del
sedimentador secundario.
• Los valores medidos, provistos por la industria para el mes de enero
son los siguientes: Características del influente al SLA: (Caudal= 1090
m3/d, DBO5=3400 mg/L, NKT=570 mg/L, Ptot=15 mg/L, SST=540
mg/L). Características del efluente de salida al SLA: (DBO5=5 mg/L,
NKT=3 mg/L, NH4= 3 mg/L, NO-3= 18 mg/L, Ptot=1 mg/L, SST=10
mg/L).
___________________________________________________________
INDUSTRIA 3 221
Tabla 27: Industria 3, resultados de análisis a la salida de la PTE
Caudal DBO5 DQO
N total
NKT NH4 Nitra
to P
total SST AyG
(m3/d) (mg/L)
Promedio 15 meses
1.100 11 43 7 6 4 12 1 21 21
Valor máximo
1250 45 90 7 26 24 38 3 30 30
Cantidad muestras
- 14 13 1 14 14 14 14 14 14
Límites normativa
- 60 - - 10 5 20 5 150 50
4.3.5 Análisis de los resultados de operación
La primera observación es que, en esta industria la temperatura es muy
variable con los aspectos operacionales y climáticos. El hecho de utilizar
valores promedios de todo el período en estudio es poco representativo.
Por lo tanto, el análisis que se realiza en el presente documento es solo
una primera aproximación. Además, se realiza una comparación, tomando
las condiciones de operación para el mes de enero. Para este análisis
“puntual”, debe tenerse la precaución de considerar todas las condiciones
reales de operación para dicho mes. El tema es que además de la
temperatura, por distintos motivos hubo variaciones de muchos otros
parámetros de operación, y, en consecuencia no se puede determinar cuál
es la incidencia de cada parámetro en los valores que se obtuvieron.
___________________________________________________________
INDUSTRIA 3 222
Considerando la observación precedente, a continuación, se realiza el
análisis para las condiciones promedio de operación (y una temperatura de
15°C).
La configuración del SLA propuesta para esta industria, fue muy oportuna,
para aprovechar el volumen de una laguna de tratamiento con la que la
planta ya contaba excavada (11.000 m3).
En un principio, se había planteado aprovechar las excavaciones existentes
de dos lagunas, una para su uso como reactor aerobio y otra como reactor
anóxico. Pero, si se concretaba esa opción, las dimensiones (en particular
profundidad y relación de volúmenes VD/VN) no eran las más adecuadas.
El hecho de utilizar una sola laguna, en la que se incluyeran ambos
reactores, requería de una división física de las zonas (y esto presentaba
las dificultades constructivas de incorporar un tabique, a una construcción
en tierra ya existente). El planteo de un reactor intermitente solucionó este
aspecto, agregándosele a esto que la geometría y volumen de la
excavación existente, cumplía los requerimientos. Como ventaja adicional,
esta configuración, no requiere de recirculación interna, con el consiguiente
ahorro en los costos de bombeo.
El SLA se encuentra operando con concentración de sólidos en el reactor
mayor que la de diseño (5,9 kg/m3 vs 3 kg/m3), pero aún dentro de los
rangos de referencia. La carga de lodos (afectada por una mayor MLSST y
una menor carga de ingreso), es menor que la de diseño (0,02 vs 0,07 kg
___________________________________________________________
INDUSTRIA 3 223
DBO5/kg SST.d), concluyéndose en base a los valores de amonio a la salida
del sistema, que hay una buena capacidad de nitrificación.
La producción de sólidos, que está determinada por el caudal de purga y la
concentración de sólidos en la purga (la cantidad de sólidos que se van en
el clarificado son despreciables), es menor que la de diseño (1.740 kg
SST/d vs 1175 kg SST/d). En consecuencia, el SRT que depende de la
producción de sólidos (similar en ambos casos) y de la MLSST (bastante
mayor en la operación), es significativamente mayor en la etapa de
operación (54 d vs 19 d), y es mayor que los rangos de referencia. Un SRT
tan alto, no es beneficioso, porque los lodos se van inertizando, debido al
decaimiento endógeno.
El Índice de Sedimentabilidad de Lodos en la operación, es mucho menor
que el de diseño, y este valor también está afectado por la concentración
de sólidos.
La relación DBO5/Nitrógeno a desnitrificar=8, es mayor que 4 la referencia,
y en base a los valores en el efluente de salida de nitrógeno amoniacal,
nitrato y nitrógeno Kjeldahl, se observa una buena capacidad de
desnitrificación del sistema. A partir de un balance de masa de nitrógeno,
se tiene que la proporción de nitrógeno que se remueve por desnitrificación
es de un 72% (además un 23% se incorpora a los sólidos que se purgan, y
un 5% sale como nitrógeno soluble con el efluente).
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INDUSTRIA 3 224
Sedimentador secundario:
En relación al sedimentador, se tiene que el ISL es menor que el de diseño,
la carga hidráulica es similar a la de diseño, y la concentración de sólidos
en la recirculación, si bien es un poco mayor a la de diseño, continúa
encontrándose en el rango del de diseño (11,8 vs 8 kg/m3); todas estas
condiciones de operación derivan en que la capacidad del sedimentador se
encuentre holgada (evaluada como la profundidad disponible en
comparación con la profundidad requerida). Sin embargo, se tiene un valor
de SST= 20 mg/L de salida del clarificado, valor que sería un poco alto para
las condiciones de operación. La industria observó problema de bulking en
algunas oportunidades. Ambos aspectos mencionados, podrían deberse a
que el Tiempo de espesado, que debería ser de 2 horas, sea para este
caso un poco mayor. Para disminuir el Tiempo de espesado, se puede
incidir de dos maneras: la primera es aumentar la recirculación de lodos, a
valores de 200-250%; la segunda es que la purga se realice de manera
más continua a lo largo del día, y no como una descarga puntual de unas
horas.
Remoción de fósforo
Se observa que hay una remoción adecuada de fósforo (ingresan en
promedio 19 kg P/d. Se realiza agregado de sulfato de aluminio, pero
además debe tenerse en cuenta que una proporción significativa (18-20 kg
P/d) es incorporada en la biomasa heterótrofa.
___________________________________________________________
INDUSTRIA 3 225
Pretratamiento
Las unidades de separación de sólidos en las corrientes de efluentes
verdes son las adecuadas y necesarias para efluentes de frigoríficos, con
alto contenido de Sólidos Suspendidos Totales.
En lo que refiere a la carga de grasas que ingresa al SLA, las unidades de
separación que cuenta la planta son desengrasadores/ graseras
convencionales. Tal como se mencionó en el capítulo “0-Sistemas de
tratamiento de efluentes de frigoríficos”, debido al aumento en las
demandas de limpieza e higiene en las instalaciones, hoy en día las grasas
se encuentran en gran parte emulsionadas, por lo que en estos casos la
eficiencia de unidades estáticas es muy limitada. Este aspecto se confirma
con el hecho que la industria ha observado problemas de generación de
espumas en el reactor aireado, cuando se lo alimenta bypaseando la
laguna de acumulación, en cuyo caso ingresa mayor carga de grasas, en
comparación a cuando se deriva el efluente a la laguna de alimentación y
luego al reactor, caso que ingresa menos grasas al sistema, probablemente
por un efecto de dilución.
En lo que refiere al almacenamiento y amortiguación previo al SLA, para el
caso de los frigoríficos es necesario contar con una unidad. Por otra parte
la laguna de alimentación tiene un volumen demasiado grande y disminuye
la carga de DBO5 de entrada al SLA. La industria ha optado por bypasearla,
___________________________________________________________
INDUSTRIA 3 226
pero esto afecta que las cargas de ingreso al SLA son muy variables, tal
como se mencionó previamente.
4.3.6 Conclusiones particulares para el caso en estudio
1. Configuración del SLA: se adecúa a las recomendaciones de
bibliografía, fue muy oportuna en cuanto a aprovechar las excavaciones
con las que contaba la planta de tratamiento anterior, y en base a los
resultados de operación se concluye ventajosa para los efluentes en
estudio, que corresponden al sector frigorífico.
2. Pretratamiento: está de acuerdo con las recomendaciones de
bibliografía en lo que refiere a las unidades de separación de sólidos.
Los desengrasadores estáticos son unidades con menor eficiencia que
los DAF, sin embargo, en base a los resultados que se tienen hasta el
momento son adecuados para el Sistema de Lodos Activados
implementado. Como parte del seguimiento de su eficiencia, deberá
evaluarse la sostenibilidad en el tiempo y robustez del sistema respecto
al contenido de grasas en el reactor simultáneo. Por último, una unidad
de homogeneización con un volumen menor (máximo 1 día de TRH),
podría ser beneficioso para disminuir la variabilidad del efluente que
ingresa al SLA.
3. Parámetros de diseño: se alcanzó los valores de los parámetros de
operación, y las condiciones de operación previstas en el diseño,
___________________________________________________________
INDUSTRIA 3 227
(excepto la concentración de sólidos en el reactor que es un poco más
alta y también el SRT); por otra parte estos cambios en los parámetros
de operación, no afectaron la eficiencia del sistema.
4. Aptitud del SLA para cumplir con los estándares de vertido:
a. Luego del período de puesta en régimen, la PTE operó con la
carga de ingreso para la cual fue diseñada, por otra parte hay
bastante variación puntual en el ingreso de esas cargas al
sistema.
b. Para las condiciones de operación previstas en el diseño, el
sistema de tratamiento de Industria 3, permite alcanzar valores
de DBO5<10; SST< 20; N kjeldahl < 10 mg/L; NO-3 < 15; Ptot < 2
mg/L
c. Una vez en régimen, este sistema de tratamiento permite
alcanzar las siguientes eficiencias promedio:
DBO5 NTot PTot
Eficiencias del sistema de remoción de nutrientes (SLA)
99% 97% 95 %
Nota: estos valores están calculados a partir de datos promedio, por lo tanto, son aproximados; además son conservadores, dado que para situaciones puntuales se puede alcanzar mayores eficiencias.
___________________________________________________________
INDUSTRIA 4 228
INDUSTRIA 4
4.4.1 Análisis de los aspectos de diseño del proyecto de ingeniería
4.4.1.1 Descripción de la actividad
Esta industria es un frigorífico cuyos procesos tienen las siguientes
características:
- Es un frigorífico de Ciclo I y II.
- En algunas ocasiones se realiza faena Kosher.
- No se procesa residuos para la elaboración de harina de carne ni sebo
en las instalaciones del frigorífico, sino que son enviados a terceros
para su procesamiento. Esto es significativo, porque el procesamiento
de harina de carne genera efluentes con alta carga de nitrógeno
orgánico, que influirían en las características de los efluentes
generales.
En la Tabla 28, se describe la capacidad máxima de producción del
frigorífico, diaria y mensual, así como el consumo de agua por unidad de
producción. En base a esta capacidad máxima de producción, que implica
determinadas características de generación de efluentes brutos, se diseñó
el proyecto de ingeniería.
___________________________________________________________
INDUSTRIA 4 229
Tabla 28: Industria 4, nivel de actividad – valores de diseño del proyecto
Producción máxima diaria
Producción máxima mensual
Consumo de agua por unidad de producción
600 vacunos faenados/día
15.000 Vacunos faenados/mes
2.400 litros/vacuno faenado
4.4.1.2 Características del efluente bruto generado
Los valores de efluente bruto tomados para el diseño del sistema
corresponden a mediciones de concentración de los parámetros relevantes
que presentó la industria, los cuales se pueden observar en la Tabla 29. El
punto de toma de muestra del efluente rojo es antes de la reja manual
gruesa, y del efluente verde es luego de la prensa; la información fue
brindada por la empresa en la SADI y en el “Taller de remoción de
nutrientes de las industrias prioridad 1”.
Tabla 29: Industria 4, concentración y carga del efluente bruto – valores de diseño del proyecto
Efluente rojo Efluente verde Cargas totales (A)
Caudal generado 500 m3/d 500 m3/d 1.000 m3/d
DBO5 2200 (mg/L) 2700 (mg/L) 2.450 kg/d
DQO Sd sd sd
N total 120 (mg/L) 160 (mg/L) 140 kg/d
Fósforo total 30 (mg/L) 30 (mg/L) 30 kg/d
Aceites y Grasas 500 (mg/L) 2500 (mg/L) 1.500 kg/d
SST 600 (mg/L) 2200 (mg/L) 1400 kg/d
(A) La suma de ambas corrientes de efluentes
___________________________________________________________
INDUSTRIA 4 230
4.4.1.3 Descripción de la Planta de Tratamiento de Efluentes
Diagrama tomado de SADI de Industria 4 (VER PRÒXIMA PÀGINA)
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INDUSTRIA 4 231
Esta industria cuenta con 2 corrientes que ingresan a la PTE, efluentes
verdes y efluentes rojos.
4.4.1.4 Descripción del pretratamiento
Cada corriente tiene un pretratamiento independiente.
- Los efluentes rojos procedentes de faena, procesamiento de
menudencias rojas y deshuesado, atraviesan una reja gruesa de
limpieza manual, luego tres graseras en paralelo, y desde allí a un
sedimentador primario del tipo rectangular.
- Los efluentes verdes proceden de los corrales y de
mondonguería/tripería. Estas dos corrientes de verdes se unen en un
pozo de bombeo, desde donde se envían a una prensa tornillo, el
líquido luego de la prensa se envía a otro pozo de bombeo, y desde allí
al mismo sedimentador primario donde se unen ambas corrientes (rojos
y verdes).
Desde el sedimentador primario el efluente se envía a un digestor, el cual
tiene recirculación con el sedimentador. Luego de este pretratamiento
ingresan a una laguna anaeróbica y desde allí al Sistema de Lodos
Activados. Sin embargo, está previsto un by-pass de la laguna anaeróbica,
pasando directamente desde el digestor al SLA, a los efectos de regular
que no disminuya demasiado la carga orgánica en relación con la carga de
nitrógeno.
___________________________________________________________
INDUSTRIA 4 232
4.4.1.5 Descripción del Sistema de lodos Activados
El sistema tiene una configuración UCT, consiste en un selector anaeróbico
inicial, un reactor anóxico, un reactor aireado y finalmente un sedimentador
secundario Figura 14.
Figura 14: SLA, configuración UCT
El efluente pre-tratado ingresa al selector anaeróbico agitado. Desde allí se
alimenta el reactor anóxico agitado y luego el aireado. Desde el aireado hay
una corriente de recirculación de licor hacia el anóxico, que ingresa en el
centro del anóxico, la cual deriva los nitratos al reactor de desnitrificación.
También hay una recirculación de licor desde el reactor anóxico hacia el
selector anaeróbico.
Los lodos se recirculan desde el sedimentador secundario hacia la entrada
del reactor anóxico (RL2).
Además, se dejaron previstas las posibilidades de: recircular los lodos
desde sedimentador hacia el selector anaeróbico (RL1) y recircular la
___________________________________________________________
INDUSTRIA 4 233
corriente de nitratos desde el aireado al anaeróbico (esta última no se
representa en la figura). En el primer caso operaría como una configuración
A2/O, y en el segundo caso no operaría como reactor anaerobio, sino que
como reactor anóxico, aumentando el volumen de anoxia. Esto permite
flexibilidad al sistema.
Desde el reactor aireado, el efluente se deriva al sedimentador secundario;
el cual cuenta con un reciclo de lodos hacia el reactor anóxico. El efluente
que sale desde el reactor aireado cuenta con agregado de FeCl3, en la línea
de entrada del sedimentador secundario.
Este sistema es el denominado UCT (ver capítulo 2.8.1-Sistema UCT), el
selector anaerobio junto con una alternancia de ciclos anaerobio-aerobio,
promueven la asimilación bioaumentada de fósforo por la biomasa. La
configuración “UCT” favorece que ingrese la mínima cantidad de oxígeno y
nitrato al reactor anaerobio y de esta manera que la materia orgánica
biodegradable sea consumida por las PAO. Esto es así, porque la
recirculación de licor, conteniendo nitratos, deriva desde el reactor aireado
hacia el anóxico, a su vez la recirculación de lodos deriva desde el
sedimentador secundario hacia el reactor anóxico, y existe una tercera
recirculación de líquido, desde el reactor anóxico hacia el anaerobio. Esta
última recirculación según diseño debe tener una baja concentración de
nitratos.
___________________________________________________________
INDUSTRIA 4 234
Tratamiento posterior al Sistema de Lodos Activados:
Luego del sedimentador secundario, el efluente se deriva a cuatro lagunas
de pulido, en serie.
4.4.1.6 Tratamiento de barros
Los lodos que se purgan se envían a geotubos para su deshidratación. Los
geotubos se disponen en una explanada acondicionada para recoger los
lixiviados, y derivarlos a la PTE, al selector anaeróbico. Consisten en 3
tubos de 20 metros de largo, y 15 metros de perímetro, con una capacidad
para contener 700 m3 de lodos deshidratados. En la tubería de ingreso a
los geotubos se agrega polielectrolito.
4.4.1.7 Aspectos constructivos del SLA
(largo x ancho x profundidad útil)
Construido (m)
Volumen útil
Diseño / construido (A)(B)
Reactor anaerobio 20.5 x 20.5 x 3.5 500 m3 / 517 m3
Laguna anóxica 44 x 27 x 3.5 1.500 m3/ 1.523 m3
Laguna aireada 44 x 27 x 3.5 1.500 m3/ 1.467 m3
Sedimentador secundario 17 x 11 x 3,5 680 m3 / 648 m3
(A) El diseño previó ciertas dimensiones que luego en la construcción se modificaron levemente. Se presentan las dimensiones reales que cuenta el SLA
(B) El cálculo tiene en cuenta la profundidad útil (3,5m), y las pendientes (3:1) en todas las unidades excepto en el sedimentador secundario que es (1:1)
___________________________________________________________
INDUSTRIA 4 235
Las unidades son excavadas en tierra, y se realizó una adecuación de piso
y taludes mediante compactación de una capa de arcilla. Los reactores son
de geometría aproximadamente cuadrada, rectangular, por lo que
favorecen un modelo de flujo de mezcla completa, junto con las entradas
de las recirculaciones, que se da en el medio del reactor.
El sedimentador secundario también es excavado en tierra. Tiene una
tubería en el fondo para succión de los barros mediante una bomba de
lodos, y una tubería con orificios a nivel de la superficie para la salida del
clarificado.
El selector anaerobio tiene un agitador de 10 HP, la laguna anóxica dos
agitadores de 15 HP. La Laguna aireada cuenta con 2 aireadores
superficiales de 25 HP cada uno; del tipo “Acua Turbo”, el líquido y el lodo
es succionado por cono de succión en la parte de abajo, y expulsado por
arriba.
4.4.1.8 Relación con la planta de tratamiento anterior
El sistema de tratamiento anterior consistía en el mismo pretratamiento,
luego del digestor los efluentes se derivaban a la laguna 1, y desde allí a
un sistema con 4 lagunas más.
El pretratamiento tenía prácticamente las mismas unidades que el actual.
Hubo una mejora que consistió en la incorporación de la prensa tornillo, con
___________________________________________________________
INDUSTRIA 4 236
lo que se gana eficiencia en la remoción de sólidos de dicha corriente, y a
la vez el residuo logra mayor grado de escurrimiento.
Las unidades del SLA se construyeron todas desde cero. En un principio
se previó construirlas aprovechando la excavación de alguna de las
lagunas ya existentes, que tenían mayor superficie. Esto implicaba: vaciarla
y disponer las unidades construyendo los taludes internos al espacio vacío.
Luego se desistió de ello, previendo que el vaciado de una laguna, el retiro
completo de los barros, el acondicionamiento del piso de manera que no
queden restos de materia orgánica que afecten la capa arcillosa y la
impermeabilización posterior de una capa de arcilla, dificultaría más la
operativa, que si se construía desde cero.
4.4.2 Análisis de los parámetros de diseño del SLA
4.4.2.1 Características del influente
En la Tabla 30 se presenta el caudal, concentración y cargas de ingreso al
SLA. Las mismas se calcularon a partir de la información que brindó la
empresa en la SADI: cargas del efluente bruto (Tabla 29 precedente), de la
relación de bypass de diseño (caudal de la laguna anaeróbica: bypass) =
(70:30), y de las eficiencias de remoción de cada unidad de tratamiento. A
saber, para la línea de verdes: eficiencia de DBO5=30% y de AyG=30%;
para la línea de rojos: eficiencia de graseras DBO5=30%, AyG=50%. Mezcla
de las líneas, unidad digestor, eficiencia de DBO5=50% y AyG= 50%
___________________________________________________________
INDUSTRIA 4 237
Tabla 30: Industria 4, concentración y cargas de ingreso al SLA – valores de diseño del proyecto
Cargas ingreso al SLA Concentración ingreso al SLA
Caudal 1.000 m3/d 1000 m3/d
DBO5 380 kg/día 380 mg/L
Ntotal 120 kg/día 120 mg/L
Ptotal 30 kg/día 30 mg/L
SST 285 kg/día 285 mg/L
Aceites y Grasas 395 kg/día 395 mg/L
Aptitud del influente para el tratamiento en el SLA:
• Relación DBO5/NKT ~ DBO5/Ntotal = 6,1 valor que indica que
el efluente cuenta con materia orgánica suficiente para proveer en la
desnitrificación. Como una primera aproximación, se calcula la
relación DBO5/NKT12.
4.4.2.2 Requerimientos del influente de salida
Para esta industria el requerimiento del influente de salida, corresponde a
los estándares establecidos en la normativa. Cuenta con un sistema de
12 En realidad, no todo el NKT del influente se transformará en nitrato, ni todo el nitrato formado se desnitrificará (ver capít. 2.12.9), por lo que ha de tenerse en cuenta que este valor es una estimación gruesa, que puede ser útil para contar con un valor indicativo inicial, y luego deberá realizarse un cálculo más preciso. En este caso se tiene el valor de Ntot en vez del NKT, dado que este rubro industrial tiene concentración despreciable de nitrato, se asume que Ntotal= NKT+ NO-
3 ≈ NKT.
___________________________________________________________
INDUSTRIA 4 238
lagunas posterior al SLA, por lo que tendría cierta flexibilidad en la eficiencia
que se pudiera alcanzar en algún parámetro como SST.
4.4.2.3 Parámetros de diseño del SLA según metodología de cálculo
propuesta
El objetivo de esta sección consiste en relevar los parámetros de diseño;
en particular calcular los parámetros de referencia (carga de lodos,
producción específica de sólidos, SRT, MLSST, relaciones de recirculación,
el ISL, entre otros), a partir de aquellos parámetros que quedaron fijos en
el proceso de diseño (dimensiones y geometría de las unidades de
tratamiento, y configuración del SLA) y comparar los primeros con los
rangos/valores de referencia que se encuentran en bibliografía. En la Tabla
31 se muestran los parámetros de diseño; para su cálculo se utilizó el
procedimiento presentado en el capítulo “3.3 - Procedimiento para relevar
los parámetros de diseño del SLA”. En azul y con asterisco (*) se consigna
los datos brindados por la empresa como parte del proyecto, en negro los
datos obtenidos a partir del procedimiento de cálculo.
En el proceso de diseño la empresa definió los parámetros (escenario i);
como parte de la tesis se plantea otro (escenario ii), solo a efecto de un
análisis comparativo, cuyo único cambio entre uno y otro es la
concentración de sólidos con la que se prevé operar el reactor:
___________________________________________________________
INDUSTRIA 4 239
(i) (SST/ DBO5) entrada= 0,75 , MLSST = 2,1 kg/m3 , ISL = 130 mL/g;
(ii) (SST/ DBO5) entrada= 0,75 , MLSST = 4 kg/m3 , ISL = 130 mL/g;
Tabla 31: Industria 4, parámetros de diseño del SLA
Parámetros de diseño Escenario (i) Escenario (ii)
Configuración del SLA Vana =
Vanox= VD= Vaer= VN=
VAT=
VD/VAT disponible=
500 m3 (*)
1.500 m3 (*)
1.500 m3 (*)
3.000 m3 (*)
0,5 (*)
500 m3 (*)
1.500 m3 (*)
1.500 m3 (*)
3.000 m3 (*)
0,5 (*)
CAPACIDAD DEL REACTOR BIOLÓGICO
Temperatura (°C) 15°C (*) 15°C (*)
Carga de DBO5 que ingresa (kg DBO5/d)
380 380
Concentración de sólidos (MLSST) (kg/ m3)
2,1 (*) 4 (*)
Carga de lodos (kg DBO5/kg SST.d) 0,06 0,03
Producción de lodos debido a degradación de carbono
Relación en el influente XSST/CDBO5 0,75 (*) 0,75 (*)
Producción Específica de sólidos (kg SST producidos por carbono/kg DBO5 entrada)
0,72 0,67
Producción de sólidos por degradación de carbono (kg SST por carbono/día)
274 253
Tiempo de retención celular, SRT (d) 23 47
Fósforo a precipitar
Producción de lodos biológicos concentrados en fósforo (kg SST/d)
11 11
Agregado de sales para precipitación fisicoquímica (kg Fe a agregar/día)
52 52
producción de lodos precipitados con sales (kg SST/d)
132 132
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INDUSTRIA 4 240
Producción de lodos totales (lodos que salen en purga y clarificado)
Producción de lodos totales (kg SST/d) 418 397
Producción de sólidos que se derivan a deshidratación (lodos en purga)
Sólidos que se van con la purga (kg SST/d)
399 378
Caudal de purga (m3/d) 59 56
SEDIMENTADOR SECUNDARIO
Un sedimentador con dos compartimentos,
Ambos(largo x ancho total x profundidad) (m)
17 x 11 x 3,5 (*) 17 x 11 x 3,5 (*)
Caudal máximo horario (m3/h) 63 (*) 63 (*)
qA (m3/m2/h) 0,34 0,34
ISL (ml/g) 130 (*) 130 (*)
Concentración de sólidos en la recirculación y en la purga , SSTRL (kg/m3)
6,8 6,8
Relación recirculación lodos 0,45 1,44
Caudal de recirculación de lodos (m3/d)
448 1437
Profundidad requerida < profundidad disponible
1,2 m< 3,5m (*) 2,4m< 3,5m (*)
Capacidad de desnitrificación y relaciones de recirculación
RC total 7,6 7,6
Eficiencia desnitrif disponible con ese RCtotal
88% 88%
Inverso de Capacidad de desnitrificación (DBO5 entrada/nitrato a desnitrificar)
4 4
Capacidad de desnitrificación 0,24 0,24
Verificar que (𝑉𝐷 𝑉𝐴𝑇⁄ ) disponible < requerido
0,5 < 0,5 (*) 0,5 < 0,5 (*)
VERIFICACIÓN DEL REQUERIMIENTO DE OXÍGENO
Requerimientos de O2 (kg O2/h) 38 39
___________________________________________________________
INDUSTRIA 4 241
Análsis de las condiciones de diseño resumidas en la Tabla 31:
Reactor biológico
Considerando las concentraciones de sólidos propuestas, MLSST= 2,1 y 4
kg/m3, se tiene una carga de lodos F/M= 0,06 y 0,03 kg DBO5/kg SST.d
respectivamente, valores aceptables que se encuentran dentro de los
rangos sugeridos en las guías alemanas (ATV - M767, 1988), (hasta 0,15
kg DBO5/kg SST.d) y por lo tanto permite prever una buena actividad de
nitrificación en el reactor biológico para ambas condiciones de operación.
En cuanto a la relación de sólidos/ DBO5 del influente ( 𝑋𝑆𝑆𝑇,𝐼𝐴𝑇 𝐶𝐷𝐵𝑂,𝐼𝐴𝑇⁄ ),
para ambos escenarios se propuso el mismo valor de 0,75, el cual implica
una Producción específica de lodos de 0,72 y 0,67 kg SST producidos/kg
DBO5 entrada respectivamente, ambos valores se encuentran dentro del
rango recomendado (entre 0,6 y 0,9 kg SST producidos/kg DBO5 entrada),
y determina SRT requeridos de 23 y 47 días respectivamente.
La diferencia en los SRT propuestos para cada uno de los escenarios (23
y 47 días), no afecta significativamente los parámetros que dependen del
SRT: oxígeno consumido (38 y 39 kg O2/h respectivamente); y cantidad de
barros totales (carbonosos y remoción fisicoquímica y biológica de fósforo)
producidos (418 y 397 kg SST/d).
Para mantener la MLSST de diseño en el reactor, debe evaluarse la
concentración de sólidos en la recirculación de lodos, y la relación de
___________________________________________________________
INDUSTRIA 4 242
recirculación. Para ambos escenarios la concentración de sólidos requerida
es la misma SSTRL = 6,8 kg/m3, dado que depende del ISL supuesto (el
mismo), siendo una concentración de sólidos accesible de alcanzar. La
relación de recirculación de lodos requerida para mantener la MLSST de
diseño para cada escenario (2,1 y 4 kg/m3), toma un valor de 0,45 y 1,4
respectivamente, en ambos casos adecuados y alcanzables desde el punto
de vista operativo.
Para evaluar la capacidad de desnitrificación del sistema, este parámetro
depende de las cargas de entrada de DBO5 y Nitrógeno, que es la misma
para todos los escenarios, adquiriendo un valor de 0,24 kg nitrato a
desnitrificar / kg DBO5 de entrada; o su inverso 4 kg DBO5/kg nitrato, la
referencia sugiere una relación > 4, lo que indicaría que se tiene poca
materia orgánica para poder desnitrificar todo el nitrato.
A partir de la capacidad de desnitrificación, se determina la relación de
volúmenes 𝑉𝐷 𝑉𝐴𝑇⁄ necesaria, la cual confirma que es menor que la relación
de volúmenes disponible.
En lo que refiere a la remoción de fósforo, se observa que el diseño prevé
una remoción por incorporación a la biomasa heterótrofa de 13%, una
remoción biológica por bioaumentación de 13 % y un 65% de remoción
fisicoquímica.
___________________________________________________________
INDUSTRIA 4 243
Sedimentador secundario
Se diseñó para una carga hidráulica de 0,34 m3/m2/h, valor holgado en
comparación con los de referencia (< 0,5 m3/m2/h). El Índice de
Sedimentabilidad de lodos supuesto (130 mL/g), se encuentra en el rango
superior de los ISL de lodos de frigoríficos. Teniendo en cuenta ambos
valores, y que se propone trabajar con una concentración de sólidos
relativamente baja (2,1 o 4 kg/m3), entonces la profundidad del
sedimentador necesaria, es significativamente menor a la disponible. En
otras palabras el sedimentador todavía cuenta con capacidad adicional
(para trabajar con mayor concentración de sólidos, mayor caudal de
efluente o una peor sedimentabilidad de lodos).
4.4.3 Análisis de la operación en régimen de la PTE
En este apartado se realizará un análisis comparativo entre las condiciones
de diseño del proyecto de ingeniería, y los valores de operación una vez
que la PTE ha alcanzado el régimen.
La información correspondiente al período de operación en régimen,
corresponde a datos reales, mediciones del efluente final y seguimiento de
los parámetros de operación, presentados por la empresa y relevados en
inspecciones de DINAMA.
El período de puesta en operación duró 3 o 4 meses; tomado desde que
finalizó la construcción, se realizó el llenado de las unidades, la inoculación
___________________________________________________________
INDUSTRIA 4 244
y la puesta en régimen. A los efectos del presente análisis, se toma un día
cero arbitrario, a partir del cual se estabilizaron los valores de los
parámetros del efluente de salida.
El período de análisis abarca 13 meses. Si bien se cuenta con mayor
cantidad de datos para algunos parámetros, por ej. para el efluente final se
cuenta con un período de 25 meses desde que la PTE entró en régimen,
para otros parámetros no se tiene tantos datos, por lo cual se reduce el
período, de manera que todos los parámetros e información sea
comparable en el mismo período de estudio.
4.4.3.1 Características del efluente bruto generado
No se tiene datos del efluente bruto generado
4.4.3.2 Características del influente al SLA
En la Tabla 32 se observa el valor promedio del influente al SLA. Para esta
industria se tiene que ingresan dos corrientes: la procedente de la laguna
anaerobia 1, y la que procede del bypass de la laguna (accede directo
desde el digestor). Se toman valores de concentración promedio de cada
corriente (a partir de 9 y 11 muestreos), y se pondera por la relación de
caudal de cada corriente, siendo el valor de relación de caudal, un valor
promedio para ese período.
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INDUSTRIA 4 245
Tabla 32: Industria 4, cargas y concentración del influente al SLA, valores de operación
período de toma de muestra
Caudal (m3/d)
DBO5 DQO Ntotal Ptot SST
Concentración promedio
650 470 (mg/L)
1200 (mg/L)
155 (mg/L)
25 (mg/L)
sd
valor de diseño 1000 380 (mg/L)
1150 (mg/L)
120 (mg/L)
30 (mg/L)
285 (mg/L)
Carga
650
303 (kg/d)
780 (kg/d)
100 (kg/d)
15 (kg/d)
sd
valor de diseño 650 380 (kg/d)
1145 (kg/d)
120 (kg/d)
30 (kg/d)
285 (kg/d)
4.4.3.3 Parámetros de operación del SLA, según la metodología de
cálculo propuesta
En la Tabla 33 se muestran los valores que toman los parámetros durante
el período de operación y se comparan con los valores previstos en el
diseño. En azul y con asterisco (*) se indican los valores brindados por la
empresa, en negro los calculados. En la Tabla 34 se muestran los valores
del efluente final que se vierte a curso de agua, corresponden al promedio
para el período en estudio. Cabe aclarar que los análisis corresponden al
efluente final, que no es el mismo que el efluente de salida del
sedimentador, dado que este último atraviesa dos lagunas de acumulación.
Para evaluar la capacidad del sistema de lodos activados, se asume que
los valores del efluente a la salida del sedimentador secundario son los
mismos que los del efluente vertido, los cuales son prácticamente iguales,
excepto para SST que mejoran debido a la sedimentación en las lagunas.
___________________________________________________________
INDUSTRIA 4 246
Tabla 33: Industria 4, parámetros del SLA, comparación entre valores de diseño y de operación
Parámetros de diseño y operación valores de
diseño Valores de operación
Configuración del SLA Vana=
Vanox= Vaer=
VAT=
VD=VAT
500 m3 (*)
3.000 m3 (*)
1.500 m3 (*)
1.500 m3 (*)
0,5 (*)
516 m3 (*) (A)
1.523 m3 (*)
1.470 m3 (*)
2.980 m3 (*)
0,5 (*)
CAPACIDAD DEL REACTOR BIOLÓGICO
Temperatura 15°C 15°C
Carga de DBO5 que ingresa (kg DBO5/d) 380 306
Concentración de sólidos (MLSST) (kg/ m3)
2,1 (*) 3,1 (*)
Carga de lodos (kg DBO5/kg SST.d) 0,06 0,03
Producción de lodos (lo que sale con purga y clarificado)
Relación en el influente XSST/CDBO5 0,75 (*) Sd
Tiempo de retención celular, SRT (d) 23 31
Producción de lodos totales (kg SST/d) 418 304
Producción de sólidos que se derivan a deshidratación (lodos en purga)
Caudal de purga (m3/d) 59 36
Sólidos que se van con la purga (kg SST/d) 400 290
SEDIMENTADOR SECUNDARIO
Un sedimentador
(largo x ancho total x profundidad) (m) 17 x 11 x 3,5 (*) 17 x 11 x 3,5 (*)
qA (m3/m2/h) 0,34 0,22
ISL (mL/g) 130 (*) 110 (*)
Concentración de sólidos en la recirculación y la purga (kg/m3)
6,8 8
Relación recirculación lodos 0,45 2 (*)
Caudal de recirculación de lodos 448 1300
Profundidad requerida < profundidad disponible 1,2 m < 3,5 m 1,6 m < 3,5 m
___________________________________________________________
INDUSTRIA 4 247
Capacidad de desnitrificación y relaciones de recirculación
Diseño: eficiencia desnitrificación
Operación: % de nitrógeno que se desnitrificó
88% 48%
Inverso de Capacidad de desnitrificación (DBO5 entrada/nitrato a desnitrificar)
4 4
Verificar que (𝑉𝐷 𝑉𝐴𝑇⁄ ) disponible < requerido
0,5 < 0,5(*)
Cumple
0,5 < 0,5(*)
cumple
(A) En la construcción de las unidades, hubo variación en las dimensiones, por lo que para las condiciones de operación deben calcularse a partir de los volúmenes reales.
Otras condiciones de operación:
• Los niveles de producción en este período fueron un poco menores que
los de diseño
• En relación con la aireación, se operó con concentración de oxígeno
mayor a la de diseño.
• Hubo ciertos inconvenientes en la puesta en régimen de las unidades
de deshidratación (geotubos), lo que derivó en que en un período de 2
meses se acumularan sólidos en el reactor alcanzándose
concentraciones de MLSST= 5 kg/m3, por otra parte, esto fue puntual
y no afectó el funcionamiento posterior.
• Relación de recirculación de lodos =2, se midió al comienzo de la
operación y se mantiene fija. Caudal de purga se purgan 3-4 m3/h unas
9 horas/día.
___________________________________________________________
INDUSTRIA 4 248
Tabla 34: Industria 4, valores promedio del efluente final (post laguna acumulación) durante la operación
DBO5 mg/L
DQO mg/L
Ntot mg/L
NKT mg/L
NH4 mg/L
NO-3
mg/L Ptot mg/L
SST mg/L
Promedio período 13 meses
11 136 82 8 4 60 3 22
Cantidad de muestras
20 12 15 1 19 17 19 1
Límites normativa
60 - - 10 5 20 5 150
Nota: se asume que los valores a la salida del SLA y a la salida de la laguna de acumulación son muy similares, excepto el de SST, que puede variar por sedimentación en la laguna
4.4.4 Análisis de las condiciones de operación del SLA
En base a los valores del efluente de salida, se observa que el sistema está
realizando una adecuada nitrificación (prácticamente se removió todo el
amonio, con un promedio de NH4=4 mg/L), pero no se está realizando la
desnitrificación necesaria, cuyo valor promedio es NO-3=60 mg/L). La DBO5
del efluente de salida se encuentra dentro de los valores previstos; el valor
de fósforo alcanzado es adecuado y holgado respecto al límite de la
normativa (5 mg/L). El valor de SST corresponde al posterior a las lagunas
de pulido, y no puede compararse con el de salida del SLA.
Sedimentador secundario:
Se observa una carga hidráulica adecuada y similar a la de diseño. El ISL
___________________________________________________________
INDUSTRIA 4 249
de operación es menor, y mejor que el de diseño (110 mL/g vs 130 mL/g),
lo cual beneficia la sedimentación. No se cuenta con valores de SST a la
salida del sedimentador, y estos pueden diferir con los valores a la salida
de la laguna de acumulación.
Reactor biológico
En lo que refiere a la carga de DBO5 de entrada, es un poco más baja que
la prevista en el diseño, porque los niveles de producción estuvieron por
debajo de la capacidad máxima proyectada.
La concentración de sólidos durante la operación es en el orden de la de
diseño (3 kg/m3 vs 2,1 kg/m3). Considerando que la variación de la carga
de DBO5 de entrada es menor, resulta que la carga de lodos durante la
operación es menor que la de diseño: (0,03 kg DBO5/kg SST.d vs 0,06 kg
DBO5/kg SST.d). Considerando que los valores de referencia de
bibliografía sugieren para la carga de lodos, rangos entre 0,05 y 0,15 kg
DBO5/kg SST.d; se observa en este caso que el valor está en el rango y se
obtuvo una buena capacidad de degradación biológica del SLA.
El SRT de operación, es un poco mayor al de diseño (31 días vs 23 días) y
levemente mayor al SRT necesario para estabilización (25d), esto
implicaría menor producción de lodos, pero a su vez mayor consumo en
aireación, y paulatina inertización de los lodos, disminuyendo la capacidad
biológica.
___________________________________________________________
INDUSTRIA 4 250
En relación con el proceso de desnitrificación, se observa alta
concentración de nitrato a la salida. Seguramente el factor primordial es la
falta de materia orgánica, lo cual se evidencia en la baja relación
DBO5/NKT=4 en el influente, valor menor al mínimo de referencia
(DBO5/NKT>4). Además, otro factor que pudiera estar incidiendo, podría ser
la presencia de oxígeno en el reactor anóxico. A estos efectos debe
evaluarse los agitadores del reactor anóxico, ya que pudieran incorporar
oxígeno al líquido, no lográndose las condiciones anóxicas necesarias para
que se consuma el nitrato; y también evaluarse el ingreso de la corriente
de recirculación de nitratos, proveniente del reactor aireado, la cual puede
acarrear oxígeno disuelto al reactor anóxico. Ya sea por una concentración
de oxígeno alta en el reactor aireado, o por un ingreso del flujo de
recirculación que favorezca la aireación.
Remoción de fósforo:
El sistema logra la remoción de fósforo necesaria, para alcanzar los valores
en el efluente final, requeridos en la normativa (<5mg/L).
Por otra parte, sería conveniente determinar si con estas condiciones de
operación se está maximizando la remoción biológica (lo cual es
beneficioso dada la menor generación de barros y el ahorro de productos
químicos), o en caso de no lograr una eficiencia adecuada, se esté
supliendo mediante la remoción fisicoquímica. La información que se tiene,
no es suficiente para determinar lo anterior.
___________________________________________________________
INDUSTRIA 4 251
Por otra parte, se puede afirmar lo siguiente: desde el punto de vista del
sistema, la configuración UCT, tiene como principal objetivo minimizar el
oxígeno que ingresa al selector anaerobio; para ello, la recirculación de
licor, se realiza desde al anóxico al anaerobio. En el supuesto que la
concentración de nitrato en el anóxico es baja, se lograría minimizar el
oxígeno (en forma de nitrato) que se incorpora al selector anaerobio. Sin
embargo, en las condiciones de operación actuales, las concentraciones
de nitrato en la salida del UCT, que son las mismas que en el anóxico son
altas, por lo que es de prever que el anaerobio esté -en cierta proporción-
desnitrificando en vez de operar como selector. Este aspecto es sencillo de
determinar mediante la medición de la concentración de oxígeno disuelto o
el potencial redox, en reactor anóxico y el selector anaerobio. Otro factor
importante a tener en cuenta es el SRT alto, que disminuye la eficiencia de
la remoción biológica, debido a la degradación endógena de los barros.
Pretratamiento
El pretratamiento cuenta con separación de las líneas de rojas y de verdes,
y cuenta con unidades habituales para aquellos contaminantes que deben
removerse previo a un Sistema de lodos Activados: Aceites y Grasas y
Sólidos Suspendidos Totales; sin embargo las unidades previstas para ello,
tienen una eficiencia media, dado que son graseras estáticas para la línea
de rojos, y una prensa extrusora (una unidad) para la línea de verdes.
___________________________________________________________
INDUSTRIA 4 252
La laguna anaerobia 1 remueve demasiada materia orgánica, la cual se
necesita luego para la desnitrificación. Sería conveniente aumentar la
relación del bypass, de manera de no extraer demasiada DBO5. Por otra
parte, esta unidad remueve una proporción significativa de AyG y SST, y el
efluente procedente directamente del bypass, no es tan apto para el ingreso
al SLA, no permitiendo aumentar la relación del bypass para que ingrese
mayor materia orgánica.
Purga y deshidratación de barros
La generación de barros real que se purgan (289 kg SST/d), es bastante
menor a la prevista en el diseño (400 kg SST/d); esto se debe seguramente
al decaimiento endógeno de los lodos en el reactor, dado el SRT de
operación (31d) que lleva a la estabilización de los lodos.
4.4.5 Conclusiones particulares para el caso en estudio
1. Configuración del SLA: está de acuerdo con las recomendaciones de
bibliografía. Se entiende que la dificultad en lograr la desnitrificación no
está vinculada con la configuración, tal como se explicó
precedentemente, y se resume a continuación.
2. Pretratamiento: se entiende que la laguna anaerobia es la responsable
de la excesiva disminución de materia orgánica. La medida de
aumentar la proporción de efluente que bypassea la laguna no resultó
beneficioso, esta corriente procede de unidades de desengrasado y
___________________________________________________________
INDUSTRIA 4 253
remoción de sólidos estáticas y es probable que al aumentar la
proporción de bypass, se incrementen las cargas de sólidos y grasas
que ingresan al UCT. Podría evaluarse implementar un DAF en la
corriente que se bypassea, para disminuir el uso de la laguna
anaeróbica.
3. Parámetros de diseño: en general los parámetros de operación
tomaron valores similares a los de diseño, excepto el SRT y la
Producción de lodos, pero esto no afectó la eficiencia en alcanzar los
requerimientos de vertido.
4. Aptitud del SLA para cumplir con los estándares de vertido
a. La PTE se encuentra operando con cargas brutas de DBO5,
Nitrógeno y fósforo levemente menores a la de diseño, debido a
que en el período hubo una producción menor a la máxima de
diseño, y por ende menor generación de efluentes.
b. Para estas cargas de entrada en la operación, se logró alcanzar
los valores de los parámetros de operación, y las condiciones de
operación previstas en el diseño, excepto en la capacidad de
desnitrificación.
c. Para las condiciones de operación, el sistema de tratamiento
permitió alcanzar valores de DBO5<10; SST< 25; Nkjeldahl < 10
mg/L; NH4< 5 y Ptot < 3 mg/L.
___________________________________________________________
INDUSTRIA 5 254
d. La eficiencia de desnitrificación fue baja, no permitiendo alcanzar
de manera sostenida, los valores requeridos por la normativa;
seguramente la razón de esto es la falta de materia orgánica para
la desnitrificación, y posiblemente la presencia de oxígeno en el
reactor anóxico.
e. Una vez en régimen, este sistema de tratamiento permitió
alcanzar las siguientes eficiencias promedio:
DBO5 Ntot Ptot
Eficiencias del SLA 98% 48% 87%
INDUSTRIA 5
4.5.1 Análisis de los aspectos de diseño del proyecto de ingeniería
4.5.1.1 Descripción de la actividad
La industria es un frigorífico, cuyos procesos tienen las siguientes
características:
- Los productos finales son medias reses, cortes que se envasan y carne
cocida congelada, a partir del desosado de las medias reses.
- No se procesa harina de carne ni sebo en las instalaciones del
frigorífico, sino que son enviados a terceros para su procesamiento.
Esto es significativo, porque el procesamiento de harina de carne
___________________________________________________________
INDUSTRIA 5 255
genera efluentes con alta carga de nitrógeno orgánico, que influirían en
las características de los efluentes generales.
En la Tabla 35, se describe la capacidad máxima de producción del
frigorífico, diaria y mensual, así como el consumo de agua por unidad de
producción. En base a esta capacidad máxima de producción, que implica
determinadas características de generación de efluentes brutos, se diseñó
el proyecto de ingeniería.
Tabla 35: Industria 5, nivel de actividad, valores de diseño del proyecto
Producción máxima diaria
Producción máxima mensual
Consumo de agua por unidad de producción
1.000 vacunos faenados/día
22.000 Vacunos faenados/mes
2.520
litros/vacuno faenado
Datos tomados de la SADI presentada en 2014
4.5.1.2 Características del efluente bruto que se genera
Los valores de efluente bruto tomados para el diseño de la planta de
tratamiento de efluentes, corresponden a mediciones de concentración, de
los parámetros relevantes que presentó la industria, los cuales se pueden
observar en la Tabla 36. La corriente de efluente rojo corresponde a los
efluentes de la playa de faena, el desosado y la limpieza; en la corriente de
efluente verde se unen los efluentes de mondonguería, lavado de corrales
y lavado de camiones.
___________________________________________________________
INDUSTRIA 5 256
Tabla 36: Industria 5 – concentración y cargas del efluente bruto, valores para el diseño del proyecto
Concentración efluente rojo
Concentración Efluente verde
Cargas totales
Caudal generado (m3/día)
1.380 m3/d 920 m3/d 2.300 m3/d
DBO5 3.450 (mg/L) 3.500 (mg/L) 6.670 kg/d
DQO 6.418 (mg/L) 9.800 (mg/L) 15.433 kg/d
N total 360 (mg/L) 260 (mg/L) 598 kg/d
Fósforo total 15 (mg/L) 46 (mg/L) 56 kg/d
Aceites y Grasas 1.381 (mg/L) 1.500 (mg/L) 2.760 kg/d
Datos tomados de la SADI presentada en diciembre 2014
___________________________________________________________
INDUSTRIA 5 257
4.5.1.3 Descripción de la Planta de Tratamiento de Efluentes
Diagrama de flujo tomado de la SADI de industria 5 (VER PRÒXIMA PÀGINA)
___________________________________________________________
INDUSTRIA 5 258
4.5.1.4 Descripción del pretratamiento
La línea de verdes pasa por un tamiz parabólico; el efluente se deriva a un
sedimentador de verdes de sección rectangular, y luego al sedimentador
primario. Los sólidos retenidos en el tamiz se derivan a prensa extrusora,
sistema que se tiene por duplicado, dispuestos en paralelo, que reducen el
contenido de humedad hasta 70%; los sólidos caen directamente a una
tolva y camión cargador y se destinan a compostaje; el líquido de retorno
se envía al sedimentador de sección rectangular.
La línea de efluentes rojos atraviesa una reja autolimpiante y luego se
deriva al mismo sedimentador primario.
El sedimentador primario es de sección circular, cuenta con un barredor, y
cuenta con un cerramiento para evitar la dispersión de olores.
Todos los sólidos que se separan en esta etapa se envían a un
concentrador de lodos y desde allí a dos centrífugas decanter que operan
en régimen 1+1.
El efluente que sale del sedimentador primario se envía al “pozo de bombeo
general”; desde allí el efluente se bombea entre las siguientes unidades:
reactores anaerobios (RAN1 y RAN2 que funcionan en paralelo) y un DAF,
en el cual se agrega sulfato de aluminio y polímeros. Para determinar la
porción de caudal que se deriva a cada unidad, se tiene en cuenta que debe
eliminarse en la mayor medida posible las grasas y sólidos, ya que
___________________________________________________________
INDUSTRIA 5 259
provocan problemas de espumas en el SLA posterior; pero por otra parte
la materia orgánica no puede disminuir demasiado en el pretratamiento (ya
que se necesitará para la desnitrificación luego).
Las salidas de los reactores anaerobios y el DAF, se unen en un reactor
homogeneizador de volumen útil 2.000 m3, y desde allí se bombean para
su ingreso al SLA.
Las purgas de los reactores anaerobios, y los barros flotados del DAF, se
derivan a un digestor anaerobio de sólidos.
4.5.1.5 Descripción del Sistema de Lodos Activados
El Sistema de Lodos Activados consiste en un reactor en cascadas, con
dos trenes (Figura 15). El primer tren cuenta con un reactor anaerobio, un
reactor anóxico + reactor aireado; el segundo tren cuenta con un reactor
anóxico + reactor aireado, según se describe a continuación.
Figura 15: SLA, configuración en cascada
El efluente desde el homogeneizador se deriva a una cámara de
repartición. Una porción de efluente (60%) ingresa al primer tren: selector
___________________________________________________________
INDUSTRIA 5 260
anaerobio + reactor anóxico (ANOX 1) + reactor aireado (AR 1), y luego a
una segunda cámara de repartición (CA2).
A esta segunda cámara también ingresa la otra fracción del efluente del
pretratamiento (40%) (efluente desde el tanque de homogeneización que
viene desde la cámara de repartición CA 1); por lo tanto, en esta cámara
se tiene todo el caudal de efluente, que ingresa al segundo tren: reactor
anóxico (ANOX 2) y al aireado (AR2). Posteriormente el efluente se deriva
al sedimentador secundario.
En cada tren hay una recirculación de nitratos interna (desde AR1 a
ANOX1; y desde AR2 a ANOX 2).
Respecto a la recirculación de lodos, en la misma proporción indicada
anteriormente se reparte el caudal ingresando en la cámara repartidora
(CA1) previo al primer tren, y la cámara repartidora (CA2) previo al segundo
tren.
4.5.1.6 Descripción del tratamiento de barros
Los barros que se purgan del sistema de lodos activados se envían al
digestor anaerobio (el mismo al que concurren las purgas de reactores
anaeróbicos y flotantes del DAF). Este digestor tiene un volumen de 3.640
m3, un tiempo de retención de sólidos de 46 días, está cubierto con
membrana, y cuenta con captación de biogás. Desde el digestor, mediante
bombeo se envía la purga de barros al concentrador de lodos.
___________________________________________________________
INDUSTRIA 5 261
El concentrador tiene un volumen útil de 41 m3. Además de los barros de
purga del digestor, recibe los sólidos de fondo del sedimentador primario
(circular), los sólidos del sedimentador de verdes (rectangular), y purga de
espumas desde el sedimentador secundario.
Desde el concentrador se envía los sólidos a centrífuga decanter con
capacidad para procesar 15 m3/h y 800 kg MSS/h, contándose con una de
respaldo (10 m3/h y 500 kg MSS/h). Se realiza dosificación de polímero. El
efluente centrifugado de la decanter se envía a la cámara de ingreso del
sedimentador primario.
4.5.1.7 Aspectos constructivos del SLA
La construcción de la nueva PTE implicó una obra civil de gran
envergadura. Se construyó desde cero las siguientes unidades del SLA
(además de otras):
Unidad Volumen útil
Tanque homogeneización 2000 m3
Selector anaerobio 360 m3
Reactor anóxico 1 2545 m3
Reactor aerobio 1 3886 m3
Reactor anóxico 2 1708 m3
Reactor aerobio 2 2585 m3
Sedimentador secundario diámetro útil =19 m, profundidad útil= 4 m
___________________________________________________________
INDUSTRIA 5 262
Las unidades son excavadas en tierra, impermeabilizadas mediante capa
de arcilla y geomembrana, a excepción del sedimentador secundario, que
se construyó en hormigón armado. Entre ambas se colocó un geotextil y
sistema de drenaje (geocompuesto) para captación de eventuales roturas
de la geomembrana y evacuación de gases que se puedan generar entre
terreno y geomembrana. Se requirió más de 54.000 m3 de excavación, la
colocación de 16.000 m2 de membrana de cobertura y 10.350 m2 de
geotextil13.
Para las unidades aireadas y anóxicas inicialmente se previó su separación
mediante un tabique con geomembrana. Esta presentó dificultades ya que
se rompió en reiteradas oportunidades, debido a la diferencia de
densidades entre reactor aireado y reactor anóxico, por lo que se cambió
la separación de las zonas mediante una pantalla de policarbonato y una
separación de zonas, mediante flujo inducido por los agitadores. La pantalla
tiene dimensión como para proteger los agitadores ubicados en la zona
13 Datos aportados por la empresa en el “Taller remoción de nutrientes para industrias prioridad 1”
organizado por DINAMA, junio 2016
___________________________________________________________
INDUSTRIA 5 263
anóxica, de la turbulencia ocasionada por el burbujeo de la zona aireada14.
El sistema de aireación consta de platos de membranas difusoras, unos
2.000 platos, colocados en tuberías que están fijas a los reactores aireados.
Además, se instaló la unidad DAF, y el sistema de captación de biogás de
los reactores anaerobios, el cerramiento del local de la centrífuga decanter
y unidades de separación de sólidos primarias.
Medidas mitigación en lo que se refiere a los aspectos constructivos: cuenta
con unidades de tratamiento primarias cerradas, con extracción y
tratamiento de la corriente de aire: sedimentador primario, espesador de
lodos y pozo de bombeo; Locales cerrados para acopio transitorio de lodos.
Se cuenta con equipos back up de manera de no detener operación:
sopladores, decanter, bombas, mixers y repuestos en planta. Se tiene
insonorización de sopladores y aislación del local donde se ubican y del
sistema de distribución de aire.
14 Esta infraestructura fue la existente en el período de operación que se analizó en la tesis.
Posteriormente se instaló de manera definitiva, una pantalla de policarbonato, a lo largo de todo
el reactor.
___________________________________________________________
INDUSTRIA 5 264
4.5.1.8 Relación con la planta de tratamiento anterior
La PTE anterior contaba conceptualmente con las mismas etapas de
separación previa de sólidos: separación gruesa en ambas corrientes de
efluentes verdes y rojos, pasaje por el sedimentador primario; como parte
de la nueva PTE, se incorporaron equipos de respaldo y se amplió la
capacidad de los mismos; además se cerraron estas unidades en locales,
de manera de evitar la dispersión de olores. Luego del pretratamiento, el
clarificado del sedimentador primario se enviaba al pozo de bombeo desde
donde se impulsaba una distancia de 1,5 km hacia un sistema de 5 lagunas,
y el lodo a un concentrador desde donde se deshidrataba mediante
centrífuga decanter.
La nueva PTE incorporó desde cero todas las otras unidades: el DAF, los
2 reactores anaerobios, el homogeneizador, el SLA (dos reactores
anóxicos, dos aireados y el sedimentador) y el sistema de deshidratación
de barros (digestor anaerobio, espesadores y una nueva centrífuga
decanter con mayor capacidad).
4.5.2 Análisis de los parámetros de diseño del SLA
4.5.2.1 Características del influente
En la Tabla 37 se presentan los valores de cargas y concentración del
influente al SLA, los cuales se toman para el diseño del proyecto. Las
___________________________________________________________
INDUSTRIA 5 265
cargas del influente al SLA se estimaron a partir de las cargas de los
efluentes brutos generados en el proceso, y considerando la eficiencia de
remoción de las unidades de pretratamiento.
Tabla 37: Industria 5 – Cargas y concentración de ingreso al SLA, valores de diseño del proyecto
Cargas ingreso (al SLA conjunto)
Concentración ingreso
Caudal 2.300 m3/d 2.300 m3/d
DBO5 2.300 kg/día 1.000 mg/L
DQO 5.220 kg/día 2.270 mg/L
NKT 300 kg/día 130 mg/L
Ptotal 46 kg/día 20 mg/L
SST 955 kg/día 415 mg/L
Aptitud del influente para el tratamiento del SLA:
La relación DQO/ DBO5 = 2,3; valor que indica una alta degradabilidad del
efluente.
Relación DBO5/NKT ~ DBO5/Ntotal = 7,7; valor que indica que el efluente
tendría materia orgánica suficiente para proveer en la desnitrificación15.
15 Como una primera aproximación, se calcula la relación DBO/NKT. En realidad no todo el NKT del influente se transformará en nitrato, ni todo el nitrato formado se desnitrificará (ver capít 2.12.9), por lo que ha de tenerse en cuenta que este valor es una estimación gruesa, que a su vez es conservadora, por lo que puede ser útil para contar con un valor indicativo inicial, y luego deberá realizarse un cálculo más preciso.
___________________________________________________________
INDUSTRIA 5 266
4.5.2.2 Requerimientos del influente de salida
Para esta industria el requerimiento del influente de salida, corresponde a
los estándares establecidos en la normativa.
4.5.2.3 Parámetros de diseño del SLA según metodología de cálculo
propuesta
El objetivo de esta sección consiste en relevar los parámetros de diseño;
en particular calcular los parámetros de referencia (carga de lodos,
producción específica de sólidos, SRT, MLSST, relaciones de recirculación
e ISL), a partir de aquellos parámetros que quedaron fijos en el proceso de
diseño y comparar los primeros con los rangos/valores de referencia que
se encuentran en bibliografía.
En la Tabla 38, se muestran los parámetros de diseño, para su cálculo se
utilizó el procedimiento presentado en el capítulo “3.3 - Procedimiento para
relevar los parámetros de diseño del SLA”. En azul y con asterisco (*) se
consignan los datos brindados por la empresa como parte del proyecto, en
negro los datos obtenidos a partir del procedimiento de cálculo.
En el proceso de diseño la empresa definió un rango para ciertos
parámetros (en vez de valores individuales): por tal motivo, en el cálculo,
se plantean cuatro escenarios cuyas condiciones son las siguientes:
___________________________________________________________
INDUSTRIA 5 267
(i) (SST/ DBO5) entrada= 0,65 , MLSST = 3 kg/m3 , ISL = 120 mL/g;
(ii) (SST/ DBO5) entrada= 0,42 , MLSST = 3 kg/m3 , ISL = 120 mL/g;
(iii) (SST/ DBO5) entrada= 0,42, MLSST = 4 kg/m3 , ISL = 120 mL/g;
(iv) (SST/ DBO5) entrada= 0,42 , MLSST = 6 kg/m3 , ISL = 80 mL/g;
Tabla 38: Industria 5- parámetros de diseño del SLA, valores de proyecto
Parámetros de diseño Escenario (i)
Escenario (ii)
Escenario (iii)
Escenario (iii)
Sistema de Lodos Activados en cascada
Tren 1 y Tren 2 en serie Volumen (m3)
Vanaerobio=360 m3; (*)
Vanox1= 2545 m3; Vaero1= 3.885 m3 (*)
Vanox2=1708 m3; Vaero2= 2.582 m3 (*)
VAT=10.720 m3; VD=2.545 m3 (*)
CAPACIDAD DEL REACTOR BIOLÓGICO
Temperatura (°C) 15 (*) 15 (*) 15 (*) 15 (*)
Carga de DBO5 que ingresa (kg DBO5/d)
2.300 2.300 2.300 2.300
Concentración de sólidos (MLSST) (kg/ m3)
3 (*) 3 (*) 4 (*) 6 (*)
Carga de lodos (kg DBO5/kg SST.d) 0,07 0,07 0,05 0,04
Producción de lodos debido a degradación de carbono
Relación en el influente XSST/CDBO5 0,65 0,42 0,42 0,42
Producción Específica de sólidos (kg SST producidos por carbono/kg DBO5 entrada)
0,67 0,50 0,48 0,45
Producción de sólidos por degradación de carbono (kg SST por carbono/día)
1544 1158 1099 1038
Tiempo de retención celular, SRT (d) 21 28 39 62
Fósforo a precipitar
Producción de lodos biológicos concentrados en fósforo (kg SST/d)
69 69 69 69
Agregado de sales para precipitación fisicoquímica (kg Al a agregar/día)
Estequiométricamente no necesario
producción de lodos precipitados con sales (kg SST/d)
NC NC NC NC
___________________________________________________________
INDUSTRIA 5 268
Producción de lodos totales (lodos que salen en la purga y el clarificado
Producción de lodos totales (kg SST/d) 1613 1227 1168 1107
Producción de sólidos que se derivan a sistema de deshidratación (lodos en purga)
Sólidos que se van con la purga (kg SST/d)
1571 1184 1125 1063
Caudal de purga (m3/d) 214 161 153 67
SEDIMENTADOR SECUNDARIO
Dimensiones Sedimentador secundario Circular, diámetro 19 m; (*)
profundidad disponible=4 m (*)
Caudal máximo horario (m3/h) 190 (*) 190 (*) 190 (*) 190 (*)
qA (m3/m2/h) 0,67 0,67 0,67 0,67
ISL (ml/g) 120 (*) 120 (*) 120 (*) 80 (*)
Concentración de sólidos en la recirculación y en la purga , SSTRL (kg/m3)
7,3 7,3 7,3 11
Relación recirculación lodos 0,7 0,7 1,2 1,2
Caudal de recirculación de lodos (m3/d) 1586 1586 2747 2747
Profundidad requerida < profundidad disponible
2,4m< 3,0m *)
2,4m< 3,0m (*)
3,7m< 3,0m (*)
3,7m< 3,0m(*)
Capacidad de desnitrificación y relaciones de recirculación
RC total 6,4 6,4 6,4 6,4
Eficiencia desnitrif disponible con ese RCtotal
86% 86% 86% 86%
Inverso de Capacidad de desnitrificación (DBO5 entrada/nitrato a desnitrificar)
13 13 13 13
Capacidad de desnitrificación 0,08 0,08 0,08 0,08
Verificar que (𝑉𝐷 𝑉𝐴𝑇⁄ )disponible <
(𝑉𝐷 𝑉𝐴𝑇⁄ ) requerido 0,2 < 0,4(*)
0,2 < 0,4(*)
0,2 < 0,4(*)
0,2 < 0,4(*)
VERIFICACIÓN DEL REQUERIMIENTO DE OXÍGENO
Requerimientos de O2 (kg O2/h) 177 162 164 167
Análisis de las condiciones de diseño resumidas en la Tabla 38:
___________________________________________________________
INDUSTRIA 5 269
Reactor biológico
Considerando las concentraciones de sólidos propuestas, MLSST= 3, 4 y
6 kg/m3, se tiene una carga de lodos F/M= 0,07, 0,05 y 0,04 kg DBO5/kg
SST.d respectivamente, valores aceptables, que se encuentran dentro de
los rangos sugeridos en las guías alemanas, (ATV - M767, 1988) (hasta
0,15 kg DBO5/kg SST.d) y por lo tanto permite prever una buena actividad
de nitrificación en el reactor biológico para ambas condiciones de
operación.
Sin embargo, dado el sedimentador secundario – que ya está construido y
sus dimensiones fijadas-, solo sería posible operar con una concentración
de sólidos de 6 kg/m3, si el sólido tiene un buen Índice de Sedimentabilidad,
por tal motivo el escenario (iv) se fijó para ISL= 80 mL/g. Si luego en la
operación, se tuviera Índices de Sedimentabilidad mayores, el hecho de
trabajar con una concentración de MLSST= 6 kg/m3, podría derivar en
escape de lodo (o en otras palabras se requeriría mayor profundidad del
sedimentador).
En cuanto a la relación de sólidos/ DBO5 del influente ( 𝑋𝑆𝑆𝑇,𝐼𝐴𝑇 𝐶𝐷𝐵𝑂,𝐼𝐴𝑇⁄ ), se
tiene que los escenarios ii), iii) y iv) el valor es el provisto en la SADI (0,42),
este valor implica una Producción específica de lodos, relativamente baja
(0,50 , 0,48 y 0,45 kg SST/kg DBO5 entrada, respectivamente), lo cual
implica Producción de lodos bajas, y determina que los SRT requeridos
sean altos (28, 39 y 62 días). Con el objeto de plantear un escenario un
___________________________________________________________
INDUSTRIA 5 270
poco más exigido, se plantea el escenario i) con un valor de
𝑋𝑆𝑆𝑇,𝐼𝐴𝑇 𝐶𝐷𝐵𝑂,𝐼𝐴𝑇⁄ = 0,65, lo cual determina mayor producción de sólidos, y
por ende SRT menores, de 21 días (para MLSST=3 kg/m3).
El SRT propuesto por la empresa comprende un rango entre 20 y 40 días,
es amplio y los parámetros que dependen directamente del SRT toman
valores muy diferentes para cada uno de esos valores propuestos.
• Para la Producción de sólidos (kg SST/d), se tiene que en el escenario
(i) (SRT=20 d), se generan una cantidad mucho mayor de lodos (1570
kg SST/d), lo cual es una desventaja considerando la necesidad de
gestionarlos posteriormente (digerirlos y deshidratarlos); en cambio
para un SRT de 40 d, la producción de lodos es significativamente
menor debido al decaimiento endógeno (1125 kg SST/d).
• La Producción específica de sólidos para todos los escenarios (0,67;
0,50; 0,48 y 0,45 kg SST producidos/ kg DBO5 entrada) se encuentra
en los valores extremos de los rangos recomendados (entre 0,4 y 0,9)
Por otro lado, el SRT incide directamente en los requerimientos de oxígeno,
incrementándose a mayores SRT; sin embargo, para los escenarios
propuestos se observa que no hay diferencias sustanciales en el consumo
de oxígeno.
Para mantener la MLSST de diseño en el reactor, debe evaluarse la
concentración de sólidos en la recirculación de lodos, y la relación de
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INDUSTRIA 5 271
recirculación. Para el escenario (iv): MLSST=6 kg/m3, se requiere una
concentración SSTRL = 11 kg/m3, que es el valor más alto de los escenarios,
y solo posible de alcanzar si el sedimentador tiene profundidad suficiente
(y con adecuado tiempo de espera). Por otra parte, se observa relativa
diferencia en la recirculación de lodos, entre los escenarios (i= ii: RLodos=0,7)
y (iii = iv:RLodos=1,2) .
En lo que refiere a la capacidad de desnitrificación del sistema, este
parámetro depende de las cargas de entrada de DBO5 y Nitrógeno, que es
la misma para todos los escenarios, tomando un valor de 0,08 kg nitrato a
desnitrificar / kg DBO5 de entrada (o su inverso 13 kg DBO5/kg nitrato > 4,
según se sugiere de referencia).
A partir de la capacidad de desnitrificación, se determina la relación de
volúmenes 𝑉𝐷 𝑉𝐴𝑇⁄ necesaria, la cual confirma que es menor que la relación
de volúmenes disponible.
Finalmente, en lo que refiere a la remoción de fósforo, el hecho de contar
con un reactor anaerobio previo sería suficiente para alcanzar los
estándares de vertido, en los cuatro escenarios planteados. Sin embargo,
tal como se mencionó en el capítulo 2.3.1, siempre que hay remoción
biológica de fósforo, también se agrega por defecto alguna sal para estar
en el margen de seguridad y para mejorar la sedimentación previniendo el
desarrollo de bacterias filamentosas.
Sedimentador secundario
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INDUSTRIA 5 272
Se diseñó para una carga hidráulica de 0,67 m3/m2/h, valor un poco mayor
que los que se manejan como referencia (< 0,5 m3/m2/h); podría preverse
una eficiencia de separación de sólidos menor que la necesaria en los
momentos en que llegan los caudales horarios máximos. Por otra parte, el
Índice de Sedimentabilidad utilizado para el diseño (tomado en base a
valores reales), entre 80 y 120 mL/g, indica buenas características de
sedimentabilidad del lodo.
En lo que refiere a la profundidad necesaria, esta queda determinada por
la carga hidráulica, el ISL, y la concentración de sólidos necesaria en la
recirculación. Se tiene que la profundidad necesaria es menor que la
disponible.
Pretratamiento
La corriente de efluentes verdes, cuenta con tamices parabólicos y prensas
extrusoras, unidades habituales y necesarias para este tipo de efluentes
con alto contenido de fibras. La corriente de rojos cuenta con una serie de
graseras estáticas, y todos los efluentes se derivan a un sedimentador
primario de sección circular.
Según la norma alemana ATV M767 (1988), el uso de una unidad DAF con
adición de productos químicos, ubicado previo a la unidad de
homogeneización, para el pretratamiento de efluentes de frigoríficos -como
es el caso de esta industria- es un pretratamiento óptimo. El efluente debe
ser fresco para evitar la degradación de ácidos orgánicos en unidades de
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INDUSTRIA 5 273
homogeneización, que afectarían la remoción de grasas en el DAF. Las
ventajas que se presentan para la flotación con agregado de productos
químicos son las siguientes:
• Mejora la separación de grasas lo que implica menores volúmenes del
SLA posterior, y reduce el riesgo de desarrollo de bacterias
filamentosas
• Mejora las características de deshidratabilidad de los lodos, dado que
tienen un mayor contenido de materia seca.
De hecho, estas conclusiones se verificaron cuando se aumentó el caudal
de efluente que se deriva al DAF (en detrimento del caudal que ingresa a
los reactores anaerobios), dado que disminuyó la formación de espumas
en el RLA, atribuibles a la presencia de grasas citado en el (Expediente de
control y seguimiento)
4.5.3 Análisis de la operación en régimen de la PTE
En esta sección, la idea es realizar un análisis comparativo, entre las
condiciones de diseño del proyecto de ingeniería y los valores de operación
una vez que la PTE ha alcanzado el régimen. Para esta industria, ocurrió
que luego de haber entrado en régimen, surgió un problema estructural,
que no le permitió operar de la manera que estaba prevista en el diseño. Si
bien inicialmente, el sistema entró en operación, en un período corto de 1-
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INDUSTRIA 5 274
2 meses, un mes después, surgieron una serie de problemas estructurales
en ambos reactores consecutivamente. Las pantallas, hecha de membrana
de PEAD, que separan la zona anóxica de la aireada, no soportaron las
presiones y la diferencia de densidad de ambas zonas, con lo cual se
rompieron, y hubo que vaciar los reactores – primero para reparar la
membrana, y luego para cambiarla por otro tipo de sistema.
La empresa implementó alternativas, pero no funcionaron, lo que la obligó
a vaciar y volver a llenar el tren 1 en tres oportunidades, y luego tuvo que
vaciar y volver a llenar el tren 2. Estos problemas estructurales y las
actividades para intentar resolverlos derivaron en que la industria no
pudiera operar con ambos trenes en cascada, operando una parte del
período de estudio con un tren, y la otra parte del período con el otro tren.
La información correspondiente a este período corresponde a datos reales,
seguimiento de los parámetros de operación, presentados por la empresa
y relevados en inspecciones de DINAMA; entre otros mediciones de los
equipos de monitoreo en línea, mediciones in situ de algunos parámetros
(pH, Índice Volumétrico de Lodos, OD, caudal de ingreso), así como
resultados de análisis de efluentes a la salida de cada unidad.
En consecuencia, en el análisis de la operación que se realiza a
continuación, abarca un período de 22 semanas, que se divide en dos
períodos de estudio: 15 semanas que se operó con el Tren 2, y 7 semanas
con el Tren 1. Si bien el sistema no se encuentra operando en las
___________________________________________________________
INDUSTRIA 5 275
condiciones para las que se diseñó, ya que consiste en otra configuración,
de todas formas es interesante evaluar el desempeño de cada reactor, la
robustez del sistema y la flexibilidad para enfrentarse a situaciones de
contingencia, sin perder de vista que operó en condiciones distintas a las
de diseño; en particular un parámetro que tomó valores muy distinto al de
diseño, fue la concentración de sólidos del reactor, la cual se mantuvo
bastante más alta que lo planificado, con el objetivo de almacenar lodos
para inocular el otro reactor cuando estuviera reparado.
4.5.3.1 Características del efluente bruto generado
Los datos de la Tabla 39 corresponden a valores promedios, de resultados
de análisis proporcionados por la industria y tomados del expediente de
“control y seguimiento” (período de toma de muestra abarca 18 meses). Las
muestras son del “pozo de bombeo general” posterior al sedimentador
primario circular, no corresponden con el efluente bruto generado descrito
en el capítulo 4.5.2.1 – “Características del influente”, en la cual se
considera el efluente previo a las unidades de separación de sólidos
groseros (rejas, tamices y sedimentador primario):
Tabla 39: Industria 5, concentración del efluente bruto en el “pozo de bombeo general”, valores de operación
DBO5 DQO NT NH4 NO-3 PT SST AyG
Promedio (mg/L)
1925 4177 251 161 11 50 2012 380
Máximo (mg/L)
3200 7300 320 300 26 70 7000 660
___________________________________________________________
INDUSTRIA 5 276
Mínimo (mg/L)
720 2500 130 71 1 33 670 137
cantidad muestras
12 13 11 7 7 11 13 9
diseño SADI (mg/L)
2400 5660 260 150 10 45 1790 450
Se está derivando un caudal de 80 m3/h al DAF, se aumentó la proporción
que se envía al DAF en vez de a los reactores anaeróbicos, con el objetivo
de no disminuir demasiado la materia orgánica.
4.5.3.2 Características del influente al SLA
Los datos que se muestran en la Tabla 40 corresponden a valores
promedios, de resultados de análisis proporcionados por la industria y
extraídos del expediente de “control y seguimiento”. Las muestras son
tomadas del homogeneizador previo al SLA. En principio estos datos no
estarían afectados por la configuración posterior del sistema, y no sería
necesario referenciar a cada uno de los dos períodos que se realizará el
estudio; sin embargo, teniendo en cuenta que la industria durante ese
tiempo, fue realizando ajustes en el pretratamiento, se optó por separar los
datos de ingreso en los dos períodos de operación (para el Tren 2 y para el
Tren 1), de hecho se observan algunas variaciones, que probablemente
reflejen acciones en el pretratamiento para mejorar la aptitud del influente
___________________________________________________________
INDUSTRIA 5 277
que ingresa al SLA (por ej. el aumento de materia orgánica a la salida del
homogeneizador.
Tabla 40: Industria 5 – características del influente al SLA – valores de operación
DBO5 DQO Ntot NKT NH4 NO-3 Ptot SST AyG
TREN 2 (que coincide con el primer período) – semanas 4 a la 18
Promedio (mg/L)
375 1371 175 185 155 4 20 568 140
Máximo (mg/L)
675 2159 180 185 190 14,3 21 1200 140
Cantidad muestras
15 15 2 1 15 5 3 10 1
Valor diseño SADI (mg/L)
1000 2269 260 256 143 415
TREN 1 (que coincide con el segundo período) – semanas 21 a la 27
Promedio (mg/L)
826 3129 240 238 154 2 39 1323 826
Máximo (mg/L)
1493 5225 240 238 180 2 51 1840 1493
Cantidad muestras
7 7 1 1 7 2 2 3 7
Valor de diseño SADI (mg/L)
1000 2269 260 256 143 415
Análisis del influente al SLA durante el período de operación
Cabe destacar que los resultados de las muestras tomadas en el
homogeneizador están directamente relacionados con la eficiencia del
pretratamiento, y por lo tanto, el análisis que se hace a continuación es
independiente de la configuración con que está operando el Sistema de
Lodos Activados posterior.
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INDUSTRIA 5 278
• Las condiciones de producción y los niveles de faena para el período
en estudio, se encuentran entorno a las de diseño.
• Caudal de ingreso al SLA, el caudal promedio de 1.840 m3/d, se
encuentra en el entorno del valor de diseño.
• El valor de DBO5 de ingreso al SLA promedio, para el Tren 2 es
DBO5=375 mg/L, significativamente menor que la de diseño (1000
mg/L); para el Tren 1 es DBO5=825 mg/L. No indicó la industria si esta
variación se debe a ajustes intencionales en el pretratamiento, para
mejorar la relación DBO5/NKT; y este aspecto se reflejará directamente
en la capacidad de desnitrificación, tal como se verá a continuación.
• Relación DQO/ DBO5 si bien demuestra biodegradabilidad del efluente,
es levemente más alta que en el diseño, esto es porque mayor cantidad
de materia orgánica biodegradable se consumió en el pretratamiento.
• La concentración de sólidos en el homogeneizador 𝑆𝑆𝑇𝐼𝐴𝑇, es
levemente mayor que la de diseño para el Tren 2, y significativamente
mayor para el Tren 1, como se verá más adelante, esto afecta
directamente en la Producción de Sólidos y el SRT.
• Relación SSV/SST iguales a las de diseño.
• La concentración de NH4 se encuentra entorno de la de diseño; para
Nitrógeno Total y NKT, se tienen pocos datos. Este aspecto deberá
tenerse en cuenta al sacar conclusiones, ya que serán en base a
valores promedio (de unos pocos datos).
___________________________________________________________
INDUSTRIA 5 279
• Se tiene una relación promedio, DBO5/NKT=1,8 para el período 1 (Tren
2), y DBO5/NKT=3,5 para el período 2 (Tren 1). Considerado que el valor
de referencia es DBO5/NKT>4, se prevé falta de materia orgánica para
la desnitrificación.
Como se tenía pocos datos de NKT, y por lo tanto, el valor promedio
pudiera no ser representativo, se calculó la relación DBO5/NH4, ya que
para este último parámetro sí se tiene datos suficientes. Este cálculo
puede ser útil para una evaluación muy somera, y poniéndose en las
mejores condiciones para el sistema (suponiendo que no ingresa más
nitrógeno que el medido, NKT= NH4+ + Norg). Se obtuvo una relación
DBO5/ NH4+=2 para el Tren 2 y DBO5/ NH4
+=4,1 para el Tren 1, lo que
indica que aún en las mejores condiciones (que todo el nitrógeno que
ingresa al sistema estuviera medido como NH4+), habrá falta de materia
orgánica para la desnitrificación.
4.5.3.3 Parámetros de operación del SLA según metodología de
cálculo propuesta
En la Tabla 41, se muestran los valores que toman los parámetros durante
la operación y en la Tabla 42 se muestra las características del efluente de
salida. Se separó la operación para el período 1=Tren 2 y el período 2=
Tren 1.
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INDUSTRIA 5 280
Tabla 41: Industria 5: parámetros de operación del SLA
Parámetros de operación Tren 2
(semanas 4 a 18)
Tren 1 (semanas 21 a 27)
Configuración del SLA Vtotal = VAT =
VD =
VD /VAT=
4290 m3 (*)
1708 m3 (*)
0,4 (*)
6430 m3 (*)
2545 m3 (*)
0,4 (*)
CAPACIDAD DEL REACTOR BIOLÓGICO
Temperatura 25°C 24°C
Carga de DBO5 que ingresa (kg DBO5/d) 725 1.390
Concentración de sólidos (MLSST) (kg/ m3) 7,7 (*) 7,1 (*)
Carga de lodos (kg DBO5/kg SST.d) 0,02 0,03
Producción de lodos debido a degradación de carbono
Tiempo de retención celular, SRT (d) 23 (*) 81 (*)
Producción de lodos totales (kg SST/d) 1.435 564
SEDIMENTADOR SECUNDARIO
sedimentador circular (diámetro:profundidad)
(19:3) (*) (19:3) (*)
qA (m3/m2/h) 0,4 0,4
ISL (mL/g) 45 (*) 50 (*)
Relación recirculación lodos 2,3 (*) 2,2 (*)
Capacidad de desnitrificación y relaciones de recirculación
DBO5 entrada/nitrógeno que se debería desnitrificar
3 5
Nitrógeno que efectivamente se desnitrificó 18% 48%
Producción de sólidos que se derivan a sistema de deshidratación (lodos en purga)
Caudal de purga (m3/d) 52 (*) 25 (*)
Sólidos que se van con la purga (kg SST/d) 1.010 445
Otros aspectos de la operación:
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INDUSTRIA 5 281
Oxígeno Disuelto: se operó siempre con concentraciones mayores a 2 ppm,
la regulación del oxígeno fue manual, porque no estuvo operativa la lógica
de control en línea con que cuenta el sistema
Tabla 42: Industria 5, resultados de análisis a la salida del sedimentador secundario
DBO5 Ntot NH4+ NO3
- Ptot SST
TREN 2 (que coincide con el primer período)
Promedio semanas 4 a la 18 (mg/L)
12 sd 44 119 18 225
Máximo (mg/L) 20 nc 80 150 30 800
Cantidad de muestras 10 nc 10 10 6 11
TREN 1 (que coincide con el segundo período)
Promedio semanas 21 a la 27 (mg/L)
9 71 5 84 8 73
Máximo (mg/L) 10 71 11 93 13 116
Cantidad de muestras 6 1 6 4 5 6
Nota: el efluente de salida del sedimentador secundario no corresponde al efluente final vertido, ya que luego del sedimentador atraviesa una serie de lagunas
4.5.4 Análisis de las condiciones de operación del SLA
En relación con los resultados de análisis del efluente final se observa lo
siguiente:
• La degradación de materia orgánica del sistema alcanza valores
menores a 15 mg/L, indicando buena remoción.
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INDUSTRIA 5 282
• A partir de los valores de amonio, se deduce que en el Tren 2, no se
pudo alcanzar una nitrificación adecuada, sin embargo, en el Tren 1 sí
hubo buena eficiencia de nitrificación.
• Los valores de nitrato en ambos trenes confirman las previsiones
respecto a que falta capacidad de desnitrificación, y seguramente el
mayor factor es la falta de materia orgánica. De hecho, en el Tren 1 que
hubo mayor ingreso promedio de materia orgánica, se observan
menores valores de nitrato.
• Los valores de fósforo del período 1 (Tren 2) son significativamente
altos (18 mg/L), los del período 2 (Tren 1) han mejorado (8 mg/L). Los
SST que se escapan con el clarificado, si bien aportan al valor de
fósforo total, seguramente no son el factor que determina la diferencia
para estos valores de fósforo elevado, ya que corresponde en términos
aproximados al incremento de 4-6 mg P/L para el escape de 225 mg
SST/L, y el incremento de 1-3 mg P/L para la salida de 73 mg SST/L.
La diferencia en los valores de fósforo también podría explicarse
porque el Tren 1 cuenta con selector anaerobio; sin embargo en el
período en que operó este tren, el SRT fue extremadamente alto, por
lo que es probable que se vea afectada la eficiencia de la remoción
biológica, y tampoco sea el factor que explique la diferencia. Se
considera que la notoria mejoría en la eficiencia de remoción de fósforo,
probablemente se encuentre en los ajustes que se realizaron con el
agregado de sulfato de aluminio en el sedimentador y el ajuste de pH.
___________________________________________________________
INDUSTRIA 5 283
Capacidad del reactor biológico:
En ambos trenes se trabajó con concentración de sólidos en el reactor
relativamente alta, con un promedio de MLSST=7 kg/m3. Esto tiene
incidencia en varios aspectos como se explica a continuación:
• En primer lugar, la carga de lodos es bastante baja, con valor promedio
de 0,02 kg DBO5/kg SST.d para el Tren 2 y 0,03 kg DBO5/kg SST.d para
el Tren 1. En la determinación de la carga de lodos también interviene
el volumen de cada tren (anóxico-aerobio); y la carga de materia
orgánica, que como se comentó es menor que la prevista en el diseño,
porque se remueve en los reactores anaerobios en el pretratamiento.
La industria indicó que operó con alta MLSST, para almacenar lodo que
preveía utilizar de manera inminente al habilitar el otro tren.
• La producción de lodos, para el Tren 1 es mucho menor, esto se explica
porque el SRT es mucho mayor (81 d vs 23d) por lo tanto hay
decaimiento endógeno y consumo de lodos.
Sedimentador Secundario:
El Índice de Sedimentabilidad de Lodos tuvo valores muy bajos, con rangos
entre 40 y 70 mL/g, incluso a pesar de haber operado con valores tan altos
de MLSST, y a pesar de que la relación SSV/SST de 0,7 indica un contenido
___________________________________________________________
INDUSTRIA 5 284
adecuado de sólidos orgánicos y bajo contenido de inertes. En el
sedimentador esto afecta de dos maneras:
• la primera es la concentración de sólidos en el fondo, que toma valores
extremadamente altos y superando significativamente los valores de
referencia.
• el segundo punto es que llama la atención la concentración de sólidos
del efluente clarificado, 𝑆𝑆𝑇𝐸𝑆𝑇; ante un ISL tan alto, sería de esperar
una baja concentración de 𝑆𝑆𝑇𝐸𝑆𝑇. Esta diferencia podría explicarse por
el hecho que una sedimentación tan rápida de los gránulos no permita
el arrastre de otras partículas más grandes.
4.5.5 Conclusiones particulares para el caso en estudio
1. Pretratamiento:
a. Dado el nivel de producción de este frigorífico, que tiene altas cargas
de efluente bruto, las unidades propuestas para el pretratamiento
son las óptimas según recomendaciones de bibliografía.
Corresponden a aquellas unidades de mayor tecnología, tanto en la
separación grosera de sólidos, así como las unidades siguientes, la
combinación de DAF y reactores anaeróbicos, en los que se reparte
el efluente. El DAF con agregado de coagulantes es una unidad
óptima, versátil y los barros que se generan tienen gran potencial de
energético, aptos para la digestión anaerobia posterior. En relación
___________________________________________________________
INDUSTRIA 5 285
a los reactores anaerobios, por una parte, son muy ventajosos
porque permite reducir la carga de materia orgánica aprovechando
la generación de biogás. En el período en estudio la carga orgánica
del efluente se redujo demasiado; se entiende que este es un
aspecto operativo, y es posible mejorarlo adecuando las condiciones
de operación del pretratamiento en su conjunto.
b. Es una ventaja contar con la unidad de homogeneización, para las
variaciones temporales de caudal y cargas de efluente, en particular
para almacenar efluente para el fin de semana.
2. Configuración del SLA:
a. El SLA no pudo funcionar según la configuración prevista dado un
problema estructural.
b. La industria operó el sistema, modificando la configuración, de
manera de utilizar la mayor capacidad de tratamiento posible,
mientras se solucionaba la falla estructural. El diseño del sistema
permitió gran versatilidad en los aspectos constructivos (cambios en
los flujos de ingreso, recirculación y derivaciones; requerimientos de
bombeos, agitación y aireación) y la operación del sistema mostró
capacidad de adaptación del lodo a los cambios.
3. Aptitud del SLA con el que se operó:
a. Si bien no se pudo operar con la capacidad de tratamiento necesaria
para tratar las cargas de ingreso, -capacidad que la que contaba el
___________________________________________________________
INDUSTRIA 5 286
sistema diseñado-, en base a los resultados obtenidos, la operación
durante el período 2 (tren 1), resultó con adecuada eficiencia de
nitrificación.
b. En cuanto a la capacidad de desnitrificación, el sistema no ha
logrado la eficiencia necesaria. El factor que seguramente tiene
mayor incidencia en este aspecto es la falta de materia orgánica del
influente al SLA, evidenciada por la relación DBO5/NKT. Este aspecto
depende del pretratamiento, y no de la configuración del SLA; y de
lograr un equilibrio adecuado entre la disminución en la eficiencia de
remoción de materia orgánica de las unidades previas, sin
incrementar las grasas y sólidos inertes que ingresan al SLA.
c. Con ambos trenes se obtuvo buena eficiencia de remoción de
materia orgánica.
d. En relación con el fósforo, si bien hasta el fin del período analizado,
el sistema no logró alcanzar la eficiencia necesaria, se fueron
realizando ajustes al sistema (dosificación de sulfato de aluminio)
que mejoraron los valores de concentración de fósforo del efluente
de salida del sedimentador, alcanzando el valor de diseño en el
último muestreo. Debe evaluarse si la tendencia se mantiene.
e. En la operación se trabajó con concentración de sólidos en los
reactores MLSST, considerablemente más alta que la de diseño.
___________________________________________________________
INDUSTRIA 5 287
f. No corresponde realizar conclusiones respecto a los parámetros de
diseño, dado que no son comparables las condiciones de diseño con
las de operación.
___________________________________________________________
Analisis conjunto de los SLA implementado por las industrias 288
Analisis conjunto de los SLA implementado por las
industrias
En la Tabla 43 se resumen las configuraciones utilizadas, y los valores
promedio de DBO5, NKT, y NO3- alcanzados en el período de estudio.
Tabla 43: resumen de las configuraciones de los SLA de las industrias 1 a 5
Ind CONFIGURACIÓN DEL SLA Remoc.qca de P
Punto de dosificación
Valores alcanzados(A)
1
A2/O (anaerobio/anóxico/aireado) RNit desde aireado al anóxico; Rlodos ingresa al anaerobio
Al2(SO4)3 Entrada del sedimentador secundario
DBO5=11 mg/L NKT= 2 mg/L
NO-3= 13 mg/L
P= 3 mg/L
2
A2/O (anaerobio/desaireador/anóxico/ aireado) RNit desde aireado al desaireador; Rlodos ingresa al anaerobio
Al2(SO4)3 Entrada del sedimentador secundario
DBO5= 6 mg/L NKT= 5 mg/L
NO-3= 7 mg/L
P= 1 mg/L
3
N/D simultánea (o zanja de oxidación)
Al2(SO4)3 Entrada del sedimentador secundario
DBO5=11 mg/L NKT= 6 mg/L
NO-3= 12 mg/L
P= 1 mg/L
4
UCT (anaerobio/anóxico/aireado) Rinterna desde anóxico al anaerobio, Rlodos ingresa al anóxico)
FeCl3 Entrada del sedimentador secundario
DBO5=11 mg/L NKT= 8 mg/L
NO-3= 60 mg/L
P= 3 mg/L
5
Dos trenes en cascada (flujo entrada a Tren 1: 60%, Tren 2 40%)
Al2(SO4)3 En DAF y en entrada sediment sec.
Operó con un tren primero y luego el otro
(A) promedio para el período de estudio
Comentario respecto a la evaluación realizada del cumplimiento de los
límites de vertido:
Tal como se indicó en el capítulo de Metodología, en la sección 3.2-
Descripción de la sistemática de análisis para cada industria, la evaluación
___________________________________________________________
Analisis conjunto de los SLA implementado por las industrias 289
de la aptitud de la PTE cuenta con tres etapas, y en la presente tesis se
evaluó de manera general la primer etapa: la aptitud de las PTE en cuanto
a lograr las condiciones de vertido y alcanzar la eficiencia de remoción de
contaminantes para la cual fue diseñada. Las otras etapas: determinar las
condiciones de operación para que sea robusta y sostenible en el tiempo;
así como aquellas condiciones de eficiencia económica, quedaron fuera del
alcance. La evaluación realizada en cuanto a alcanzar los valores de
vertido, fue de carácter general en base a datos promedio, y se entiende
que un próximo paso debería consistir en un análisis estadístico de la
aptitud respecto al cumplimiento de los valores de vertido. Esto permitiría
discriminar la capacidad de la tecnología en sí misma y el desempeño de
la PTE teniendo en cuenta los factores que causan variabilidad en la
operación real de la misma, por ejemplo las condiciones climáticas, las
modificaciones de proceso que pueden demorar varios ciclos de SRT,
variaciones específicas de la industria como cargas zafrales, fallas
mecánicas o error humano (Bott, Parker, Jiménez, Miller, & Neethlings,
2012). Una evaluación de este tipo permite tener mayor conocimiento de
los factores que pueden incidir en la operación de la PTE, a los efectos de
saber cuánto se la puede “exigir”, y de esta manera profundizar en las otras
etapas que permiten optimizar la operación de la PTE (entendiéndose por
optimizar, encontrar las condiciones en las que se logre el cumplimiento de
los límites de vertido, en condiciones de robustez, sostenibilidad en el
tiempo y eficiencia económica).
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Analisis conjunto de los SLA implementado por las industrias 290
En la Tabla 44, se resumen las cargas de ingreso al SLA en las condiciones
de operación, y se las compara con las de diseño.
Tabla 44: resumen de cargas de ingreso de diseño y operación a los SLA
Cargas ingreso Ind. 1 Ind. 2 Ind. 3 Ind. 4 Ind. 5 Tren 2
Ind 5 Tren1
Malte
ría láctea Frigoríf Frigoríf Frigoríf.
Caudal de diseño (m3/d)
1050 6000 1210 1000 2300
Caudal de operación (m3/d)
1010 4080 1100 650 1933 1682
carga orgánica ingreso de diseño (kg/d)
610 2050 2420 380 2300
carga orgánica ingreso de operación (kg/d)
550 1510 1595 303 725 1389
carga nitrógeno ingreso de diseño (kg/d)
70 355 132 120 300 (NKT)
carga nitrógeno ingreso de operación (kg/d)
45 245 286 101 358 400
carga fósforo ingreso de diseño (kg/d)
44 74 14 30 46
carga fósforo ingreso de operación (kg/d)
30 82 21 15 39 66
En la Tabla 45 se compilan algunos de los parámetros de operación y
diseño.
___________________________________________________________
Analisis conjunto de los SLA implementado por las industrias 291
Tabla 45: resumen de los parámetros de diseño y operación de los SLA
ind 1 ind 2 ind 3 ind 4 ind 5 - tren 2
ind 5- tren 1
maltería láctea frigoríf frigoríf frigoríf frigoríf
Temperatura
20°C esta ble
19°C en invier no
muy varia ble
varia ble
esta ble 25°C
esta ble 25°C
Volumen reactor - VAT (m3)
2134 8200 11000 3920 4290 6430
MLSST de diseño (kg SST/m3)
3,5 3 3 2,1 3 - 4 3 – 4
MLSST promedio operación (kg SST/m3)
9 11,7 6 3,1 7,7 7,1
Carga de lodos de diseño (kg DBO5/kg SST.d)
0,08 0,08 0,07 0,06 0,07 a 0,04
Carga de lodos de operación (kg DBO5/kg SST.d)
0,03 0,02 0,02 0,03 0,02 0,03
SRT de diseño (días) 26 19 19 23 21 a 40
SRT promedio de operación (días)
21 32 54 31 23 81
Producción total de lodos de diseño (kg SST/d)
460 750 1760 418 1610 a 1170
Producción total de lodos de operación (kg SST/d)
960 3000 1195 304 1435 564
Masa de sólidos que se van con la purga, en diseño (kg SST/d)
440 695 1740 399 1570 a 1125
Masa de sólidos que se van con la purga, en operación (kg SST/d)
950 2915 1176 289 1010 445
ISL (mL/g) de diseo 150 120 110 130 120
ISL (mL/g) de operación 75 73 75 110 45 50
% de nitrógeno que se desnitrificó en operación (A)
18% 60% 72% 46% 18% 48%
(A) Este % solo contabiliza el nitrógeno que se desnitrificó, debe tenerse en cuenta que también se dio remoción por incorporación a barros.
___________________________________________________________
Análisis de la metodología utilizada para el diseño 292
Análisis de la metodología utilizada para el diseño
En la tesis se propone una metodología para el diseño de sistemas de lodos
activados, que se basa en la guía técnica ATV-131. El modelo que presenta
esta guía es estático, para condiciones de régimen, en rangos de
temperatura de líquido entre 15 y 30 °C y, sobre todo, se desarrolló para el
diseño de plantas de tratamiento para efluentes domésticos. Si bien se
utiliza ampliamente y ha sido verificada su aptitud en la práctica durante
décadas (Walder, Lindtner, Poresl, klegraf, & Vasantha, 2011), la
interrogante fundamental es si puede extrapolarse a las condiciones de
Uruguay y en particular a sistemas de tratamientos de efluentes de tipo
industrial. Cabe indicar que también existen otras metodologías para el
diseño de remoción biológica de nitrógeno y fósforo, como ser la
metodología de la Water Environment Research Foundation (WERF); la
que propone (Metcalf and Eddy, 2003); y la metodología de Sudáfrica,
(University of Capetown), algunas de las razones por las que se eligió la
que propone (ATV-A 131, 2001) son las siguientes:
• Utiliza pocos coeficientes de diseño, los cuales han sido ampliamente
validados mediante su aplicación real (para plantas de saneamiento),
nos referimos entre otros a: FT: factor de temperatura para respiración
endógena; fC: factor de pico para respiración carbonosa; fN: factor de
pico para oxidación de amonio; SF: factor de seguridad para
nitrificación; 𝑌𝐻: coeficiente de rendimiento heterótrofo; 𝑌𝑑𝐻: coeficiente
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Análisis de la metodología utilizada para el diseño 293
de decaimiento; b: coeficiente de restos celulares; a: coeficiente de
sólidos inertes y sólidos minerales.
• El algoritmo que utiliza es sencillo, sirve para el diseño de los
parámetros básicos, y el mismo algoritmo engloba las distintas
configuraciones de los SLA.
• Propone parámetros de referencia y valores o rangos de valores, que
deben tomar dichos parámetros.
• La cantidad y tipo de los parámetros que se requiere conocer son
razonables. En este sentido, cabe mencionar que el diseño es en base
de la DBO5, de los SST.
Adicionalmente es importante resaltar que las otras metodologías de diseño
también han sido desarrolladas para efluentes domésticos, por lo tanto, la
principal desventaja en cuanto a la aplicabilidad de esta metodología es un
factor que tiene el mismo peso a la hora de la elección ante las
metodologías mencionadas.
Sin perjuicio de las ventajas mencionadas, la pregunta fundamental es, si
esta metodología es extrapolable a las condiciones de Uruguay, y en
particular a efluentes industriales. Como puntos a favor, se destaca, que
las condiciones climáticas pueden asimilarse y que los ramos industriales
en estudio (y los del sector industrial en nuestro país), corresponden a
ramos agroindustriales, cuyos efluentes son de características muy
similares a las de efluentes domésticos, siempre y cuando se los someta a
un pretratamiento adecuado.
___________________________________________________________
Análisis de la metodología utilizada para el diseño 294
4.7.1 Análisis del procedimiento para evaluar los parámetros de
operación
Uno de los objetivos planteados en la tesis fue comparar -de manera
general ya que se tiene pocos datos para ello- los valores que toman los
parámetros durante la operación en relación a los parámetros elegidos
anteriormente en el diseño, de manera de poder concluir sobre los rangos
y parámetros de referencia propuestos en la etapa de diseño.
Para ello se relevaron los datos de operación de cada industria, y se
calcularon los parámetros de operación, mediante una secuencia de pasos
que se propuso como parte de la tesis. A continuación, se realizará un
análisis de la conformidad de la sistemática utilizada.
Como punto principal a evaluar, surge que el cálculo de los parámetros de
operación se realizó a partir de valores promedio para un período, que
abarca según el caso, de 12 a 18 meses. Si bien se asume que, para cada
industria, el lapso de estudio corresponde a un tiempo en que se operó en
régimen, y esto efectivamente es así en términos generales (dado que las
variaciones de los parámetros fueron pequeñas y dentro de un rango
determinado), sin embargo, estrictamente muchas variables cambiaron
durante ese período. En particular se podría mencionar: la temperatura del
reactor, las cargas de ingreso, los SST en el reactor MLSST, el contenido
de oxígeno del reactor.
___________________________________________________________
Análisis de la metodología utilizada para el diseño 295
En lo que refiere a la sistemática utilizada para determinar los parámetros
de operación, la interrogante fundamental es, cuál es el período de tiempo
a tomar para evaluar la operación del sistema, de manera que esos
parámetros sean indicativos de las condiciones de operación. En otras
palabras, ¿los datos sobre la operación deben promediarse en base diaria,
mensual, anual?, conviene tomar valores promedios o momentos puntuales
en los que el sistema se encuentre más exigido? ¿Cómo elegir el momento
más exigido? ¿Cuál es la variable de operación que determina este
momento: el de menor temperatura del reactor, el de mayor concentración
de sólidos, ¿etc? ¿Con qué inmediatez se perciben los cambios en alguna
variable en los parámetros de operación? ¿Qué frecuencia sería deseable
para medir las variables de manera que el lapso de tiempo entre que se
detecta un evento se interpreta, y se realizan las acciones sea mínimo?
Es claro que responder las interrogantes precedentes no forman parte del
alcance de la tesis. Sin perjuicio de lo anterior, se entiende que las
inquietudes mencionadas, pueden ser tema de estudios posteriores, que
se aborden mediante el concepto de modelación dinámica para la etapa de
operación.
El uso de modelos dinámicos es relativamente frecuente para chequear la
operación de SLA dimensionados mediante modelos estáticos (ATV-A 131,
2001). La utilidad de los modelos dinámicos, radica en que los procesos
que se dan en los SLA son sumamente complejos, desde el punto de vista
___________________________________________________________
Análisis de la metodología utilizada para el diseño 296
biológico, hidráulico, físico y químico; y dada esta gran variabilidad, el uso
de modelos que simulan el proceso, permiten predecir aspectos de
operación como: en qué variables incidir para mejorar la eficiencia,
determinar cómo el cambio de alguna variable influye en la eficiencia del
tratamiento, o cómo va a responder la planta a cambios en las
características del influente (EPA, 1993); incluso se han desarrollado
modelos que proponen un análisis comparativo entre plantas, para evaluar
el consumo energético de la PTE (Torregrossa, abril 2016). Como
contrapartida el uso de modelos requiere: contar con información del
proceso confiable, para lo cual se requiere de realizar muchas mediciones,
y en general mediciones en línea.
___________________________________________________________
Conclusiones sobre los SLA implementados por las industrias 297
CAPÍTULO 5 – Conclusiones, productos y próximos pasos
En este capítulo se realizará una breve conclusión de los SLA que
implementaron las industrias; posteriormente se describirán los productos
obtenidos mediante la elaboración de la tesis, y unas recomendaciones de
pasos a seguir.
Conclusiones sobre los SLA implementados por las
industrias
Cabe recordar los objetivos planteados en la tesis, relacionados con la
etapa de operación:
A) evaluar si los Sistema de Lodos Activados implementados son aptos
para cumplir con los requerimientos.
B) Evaluar y comparar las distintas configuraciones de los SLA, sus
ventajas y desventajas, en función de los ramos industriales y en
función del sistema de tratamiento con el que contaba anteriormente.
C) Evaluar la aptitud de los sistemas de pretratamiento.
D) Evaluar los parámetros de operación.
Para todos ellos se realizó un análisis detallado para cada industria; en este
capítulo se realizará un análisis conjunto.
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Conclusiones sobre los SLA implementados por las industrias 298
5.1.1 Conclusiones sobre la aptitud de los SLA implementados
1. Las 5 industrias implementaron sistemas de remoción de nutrientes
que implicaron un salto radical respecto a la tecnología de las
unidades de tratamiento, el equipamiento, y el concepto de control y
monitoreo
2. Se verificó que en todos los casos es posible alcanzar valores de los
estándares de DBO5 < 15 mg/L; NKT < 10 mg/L; NO-3 < 20 mg/L y
Ptotal < 2-3 mg/L, y eficiencias de remoción en algunos de estos
sistemas de: DBO5= 99%; N total= 95% ; P total= 95%
3. Se constató necesario un control y monitoreo continuo. Asimismo,
se observó que es necesario que los operadores tengan capacidad
de tomar decisiones (incidir) en las condiciones de operación, para
asegurar que no haya desviaciones de las condiciones de equilibrio,
por ejemplo, ante una variación en las cargas de entrada; cuándo y
cuánto purgar; variar la frecuencia de bombas, aireadores y
recirculaciones.
4. En todas las industrias analizadas se verificó que existe, un control
y monitoreo estricto de los parámetros de operación del SLA. En
base a lo observado, se recomiendan, al menos los siguientes:
___________________________________________________________
Conclusiones sobre los SLA implementados por las industrias 299
a. Diariamente: NH4+, NO-3, OD, pH y Sólidos Sedimentables,
caudal de purga, sólidos sedimentables a la salida de la purga
del sedimentador; caudal/es de recirculación.
b. cada cierta frecuencia, que depende de la variabilidad del
influente (podría ser quincenal): MLSST (para ver la correlación
con los sólidos sedimentables), verificar las cargas de entrada
de DBO5, Ntotal, SST, caudal de entrada y salida.
5. Por otra parte, es preferible control automático al menos de OD en
el reactor aireado, y de nitrato o potencial redox en el reactor
anóxico.
6. Se verificó la importancia de que los operarios estén adecuadamente
capacitados en la operación de estos sistemas de tratamiento, de
modo que puedan: operar, medir, y decidir en el momento.
7. El hecho de la necesidad de un control estricto de la operación del
SLA, de que se requieren operarios capacitados que deben decidir
sobre las condiciones de operación, ha llevado en todos los casos
analizados, a que las personas a cargo del tratamiento se
encuentren comprometidas con la correcta operación; generando un
círculo virtuoso porque mayor compromiso implica una búsqueda de
capacitación y de opciones para mejorar y hacer más eficiente el
tratamiento. En ese sentido se constató una especial limpieza de las
___________________________________________________________
Conclusiones sobre los SLA implementados por las industrias 300
plantas de tratamiento, un especial cuidado en el mantenimiento, en
las mediciones realizadas y en los registros implementados.
5.1.2 Conclusiones respecto a los parámetros de operación de los
SLA
1. Las configuraciones elegidas por las industrias fueron variadas,
todas estuvieron acordes a las recomendaciones de bibliografía, en
función del sector productivo y las características de los efluentes.
2. La mayoría de las industrias se encuentran operando con una
concentración de sólidos en el reactor, MLSST bastante mayor a la
de diseño. Esto se debe a varias razones, pero en general las
industrias se enfrentaron a dificultades que llevaron a que se utilizara
el reactor biológico para almacenamiento y pulmón hasta que se
solucionaran los inconvenientes. En algunos casos esto sucedió
porque no se contaba con la capacidad suficiente para la gestión
final de los lodos (industria 2 e industria 3), en otros casos se debió
a problemas operativos del sistema de tratamiento de lodos
(industria 5).
3. Los SRT de operación son para todos los casos altos,
correspondiendo a condiciones de estabilización de lodos, o más
aún, de envejecimiento del lodo. En parte esto es beneficioso en
cuanto se da una estabilización de los barros (y reducción de la
___________________________________________________________
Conclusiones sobre los SLA implementados por las industrias 301
cantidad), pero por otra parte requiere de mayor aireación y del
control de que no se dé demasiada inertización de los barros,
disminuyendo su capacidad biológica.
Salvo para una industria, los SRT toman valores mayores que los de
diseño, como en este parámetro intervienen varias variables
(producción de lodos, volumen del reactor y MLSST), que para cada
industria tienen comportamiento distinto, por lo cual las razones de
que los SRT son mayores, son distintas para cada caso (se explicó
en los respectivos análisis particulares)16.
4. La carga de lodos durante la operación tomó en todos los casos
valores significativamente menores a los previstos en el diseño.
5. Los valores de operación de MLSST, SRT y carga de lodos, fueron
los que más se apartaron de los valores propuestos en el diseño (y
todos los parámetros que dependen de estos), sin embargo, los
sistemas de tratamiento funcionaron con eficiencia adecuada en
cuanto a la nitrificación/desnitrificación y degradación de materia
orgánica.
16 En este análisis debe tenerse en cuenta, que los SRT altos no son porque no se pudo retirar los lodos producidos con la tasa prevista, esta dificultad se dio en los períodos previos al estudio (durante el período seleccionado para el estudio se mantienen condiciones relativamente estables de MLSST).
___________________________________________________________
Conclusiones sobre los SLA implementados por las industrias 302
6. Se observa entonces que es posible distintas condiciones de
operación de los SLA, en los cuáles se llega a distintos estadíos de
régimen, debe evaluarse cuál/es de estos estados corresponden a
un régimen estable, y hacen la operación más robusta, sostenible en
el tiempo. Una vez asegurada la sostenibilidad y robustez, debe
evaluarse cuáles de estos estados de régimen hacen la operación
menos costosa.
7. En todos los casos la aireación durante la operación, supera la
necesaria manteniendo concentraciones de OD mayores en el
reactor. Además del incremento de costo debido a la aireación
adicional, debería evaluarse la pérdida de eficiencia debido al
ingreso de oxígeno en las zonas anóxicas o anaerobias. Este
aspecto debe evaluarse particularmente para cada industria, en
función de la configuración, los aspectos hidráulicos y de flujo
(relaciones de recirculación, y geometría del punto de ingreso de las
corrientes aireadas)
8. En ningún caso se observó desarrollo de bacterias filamentosas
durante el período de estudio. Considerando que los diseños de los
SLA han previsto las condiciones para minimizar el desarrollo y
también las condiciones de operación, sería de esperar que estos
aspectos fueran las razones de que no haya crecimiento de
filamentosas.
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Conclusiones sobre los SLA implementados por las industrias 303
9. La proporción de nitrógeno que se removió por desnitrificación es
variable en cada caso. Se entiende que se cuenta con pocos datos
(los cuales son a partir de promedios, que para el caso de las
especies de nitrógeno es de menor cantidad de muestras), y no es
adecuado realizar una comparación entre el valor que se obtuvo y
los de diseño.
10. En relación con el fósforo, se observa que todas las industrias
alcanzaron holgadamente los estándares exigidos, incluso para
aquellos casos que eran más estrictos que la normativa (industria 1
y 2). Si bien no se tiene datos para evaluar el grado de remoción
biológica, en realidad los altos SRT la perjudican, por lo que se
presume que la remoción de fósforo se deba en su gran mayoría a
la precipitación fisicoquímica. Esto implica el consumo de productos
químicos y trae aparejado el aumento de costos por el uso de
insumos y la mayor cantidad de barros generados. El incremento en
la proporción de fósforo que se extrae debido a la remoción biológica
es un aspecto a evaluar por estas, (industria 1, 2, 4 y 5).
11. En todos los casos se realiza agregado de sales Al2(SO4)3 y FeCl3,
no se han tenido problemas con el uso de los mismos, en particular
se constató que no hay afectación a los procesos biológicos.
___________________________________________________________
Conclusiones sobre los SLA implementados por las industrias 304
5.1.3 Conclusiones respecto al pretratamiento
1. Un adecuado pretratamiento es fundamental para que el SLA
alcance las condiciones de nitrificación/desnitrificación requeridas, y
la operación en régimen sea sostenible en el tiempo.
2. En este sentido se resalta los siguientes aspectos que se constató
inciden directamente en la eficiencia y/o robustez del SLA: i)
remoción previa de contaminantes que afectan la operación del SLA;
ii) homogeneización de las cargas de entrada (picos); y iii) carga de
DBO5 de entrada; iv) estabilización de la temperatura del reactor
biológico del SLA.
i) Remoción previa de contaminantes que afectan el SLA:
Para los frigoríficos, se verifica que la operación es adecuada en
aquellos que tienen pretratamientos adecuados para maximizar la
remoción de Aceites y Grasas y SST, aspecto que concuerda con la
bibliografía, que resalta la necesidad de maximizar esta remoción.
En lo que refiere al diseño, todos los casos de estudio cuentan con
unidades apropiadas para remover estos contaminantes. Sin
embargo, se verificó mayor dificultad en mantener estable la
concentración de AyG y SST del influente al SLA, en aquellas
unidades que implican menor tecnología (industria 3 e industria 4).
Probablemente la eficiencia de graseras, estercoleros estáticos y
___________________________________________________________
Conclusiones sobre los SLA implementados por las industrias 305
rejillas se encuentra más sujeta a las variaciones del afluente de
entrada, que se constató son abundantes (variaciones diarias,
semanales y estacionales), y a la temperatura del afluente que viene
de proceso y emulsiona las grasas perjudicando su separación en el
pretratamiento. En cambio, en unidades de mayor tecnología estas
variaciones pueden abordarse variando las condiciones de
operación (por ej en un DAF).
En la maltería es fundamental el pretratamiento para separación de
SST, y en la láctea para separación de Aceites y Grasas, así como
una adecuada homogeneización.
ii) Unidad de homogeneización:
Se constató que es necesaria la existencia de una unidad de
homogeneización posterior al pretratamiento, y previa al SLA. El
volumen de homogeneización debe ser suficiente para amortiguar
las cargas que ingresan al SLA (hidráulicas y picos de nitrógeno y
DBO5); sin embargo, no debe ser de volumen mayor que el
estrictamente necesario, de manera que no disminuya la carga
orgánica de entrada, la cual frente a un volumen grande al menos
disminuye por dilución o degradación. Sin perjuicio de otras
consideraciones que deben preverse, ya que, en efluentes de
frigoríficos, malterías y lácteas, puede haber acidificación, y
generación de olores.
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Conclusiones sobre la metodología usada para el diseño 306
iii) Carga de materia orgánica de entrada:
En aquellos casos que, en el pretratamiento, hay unidades que
disminuyen demasiado la materia orgánica que ingresa al SLA, se
observó dificultad en la desnitrificación (industria 4 e industria 5).
iv) Temperatura del reactor estable a lo largo del año:
En las industrias que tienen reactor anaeróbico como parte del
pretratamiento, se constató que la temperatura es estable a lo largo
del año, y adecuada para tratamientos biológicos (20-25°C).
(Industria 1, industria 2, industria 5). Esto le confiere estabilidad a la
operación del SLA. En los otros casos se observó gran inestabilidad
en las condiciones de operación, sujetas a los cambios de
temperatura.
Conclusiones sobre la metodología usada para el
diseño
El trabajo de la tesis abarcó su análisis para 5 casos de efluentes de 3
ramos industriales y distintas configuraciones de SLA. Sin embargo, los
datos que se obtienen en este análisis son preliminares, calculados en base
a promedios de períodos relativamente extensos, y en los cuales, si bien
en términos generales puede decirse que se operó en régimen, en realidad
hubo variaciones en los períodos, y los pocos datos no permiten evaluar la
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Conclusiones sobre la metodología usada para la operación 307
sensibilidad del sistema a estas variaciones. De cualquier manera, se
puede concluir que no se encontraron inconsistencias a la metodología
utilizada, más aún se observó concordancia en los valores obtenidos para
los parámetros de diseño con la bibliografía relevada.
Sin perjuicio de lo anterior, se entiende que los puntos débiles de aplicar la
metodología para estas situaciones son los siguientes:
1) Carga de lodos: evaluar los rangos de referencia propuestos. Los
valores obtenidos en la operación son menores que los sugeridos en la
referencia, y se tienen pocos datos para poder concluir sobre la aptitud
de los valores obtenidos.
2) Producción de lodos carbonosos: verificar la aptitud de los coeficientes
que se utilizan en la ecuación de Hartwig. Se tiene pocos datos para
concluir sobre su aptitud.
Conclusiones sobre la metodología usada para la
operación
Se entiende que el análisis realizado en la misma, promediando los datos
para el período de 12 o 18 meses, es solo a los efectos cualitativos y como
una primera aproximación. Se podría mejorar significativamente la calidad
de la información si se tuvieran datos más frecuentes, a los efectos de
___________________________________________________________
Conclusiones sobre la metodología usada para la operación 308
promediar en base mensual, para lo cual habría que diseñarse las medidas
a realizar.
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Productos de la tesis 309
Productos de la tesis
1. Se realizó un análisis de las Plantas de Tratamiento de Efluentes, de
5 industrias relevantes de la Cuenca del Río Santa Lucía.
2. Este análisis fue exhaustivo, y abarcó la etapa de diseño del
proyecto y una etapa de operación en régimen, de modo de evaluar
los parámetros de diseño propuestos, a la luz de los resultados de
operación de la PTE.
3. Se evaluó el pretratamiento y los sistemas de tratamiento para
remoción de nutrientes.
4. Se elaboró una planilla en Excel que tiene la metodología utilizada.
La visualización de las interrelaciones, y el hecho de modificar el
valor de ciertos parámetros y analizar cuáles dependen de él y cómo
varían, mejora el entendimiento básico del proceso; además que
permite realizar un análisis de sensibilidad de los parámetros. Se
utilizan parámetros de diseño por defecto, pero sirve como una
comparación cualitativa.
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Recomendaciones de pasos a seguir 310
Recomendaciones de pasos a seguir
• Costos: Uno de los desafíos en el diseño de tratamiento de efluentes
es un diseño adecuado y de operación confiable, que garantice
eficiencias de tratamiento altas y a la vez mantenga los costos de
inversión y operación bajos.
• El uso de DQO en vez de DBO5 como parámetro de diseño de la materia
orgánica, y por lo tanto, el estudio de todos los temas anteriores,
tomando como base la DQO.
• Maximizar la remoción biológica de fósforo en aquellos que tienen
sistema para ello. A tales efectos realizar estudios respecto a la
concentración de fósforo por ej: se podrían realizar mediciones de
ácidos orgánicos en el reactor anaerobio, concentración de fósforo
disuelto en los reactores anaerobio y aerobio, y/o concentración de
fósforo en los barros purgados.
En relación a la metodología de diseño:
Dadas las ventajas que tiene esta metodología, surge como aspecto
fundamental, la validación de esta, y por tal motivo se propone como
materia de estudio posterior a la tesis. En particular los siguientes temas:
• La verificación o en su defecto, la posible adecuación de los
coeficientes a valores adaptados a condiciones particulares (efluentes
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Recomendaciones de pasos a seguir 311
industriales y condiciones locales); en particular los coeficientes que se
utilizan en la ecuación de Hartwig que determinan la Producción
Específica de Lodos.
• la verificación de los valores y rangos de referencia para las
condiciones locales; en particular los valores de referencia para la
carga de lodos.
• un análisis de sensibilidad, respecto a cuáles son los parámetros de
referencia que determinan mayores cambios.
En relación al seguimiento de la operación:
• Profundizar en el análisis estadístico de los valores de vertido, con el
fin de discriminar la capacidad de la tecnología en sí misma y el
desempeño de la PTE cuando inciden factores que causan variabilidad
en la operación real de la misma, con el objetivo de lograr una mayor
comprensión de cómo varían los parámetros de operación de la PTE,
para alcanzar robustez y sostenibilidad en el tiempo.
• En el mismo sentido, y con el mismo objetivo, la modelación dinámica
surge como una potente herramienta para ayudar operadores a
determinar las condiciones óptimas de operación (entendiéndose por
tal, el cumplimiento de los límites de vertido, en condiciones de
robustez, sostenibilidad en el tiempo y eficiencia económica).
___________________________________________________________
Recomendaciones de pasos a seguir 312
6 Bibliografía Environment Canada. (2012). Wastewater Systems Effluent Regulations.
Fisheries Act. Recuperado el febrero de 2018, de http://laws-lois.justice.gc.
Al-Mutairi, N. (2008). Aerobic selectors in slaughterjouse activated sludge systems: A preliminary investigation. Bioresource Technology, 100 (1), 50 - 58. doi:http://dx.doi.org/10.1016/j.biortech.2007.12.030.
ATV - M767. (1988). Wastewater from Slaughterhouses and meat processing plants.
ATV-A 131. (2001). Bemessung von einstufigen Belebungsanlagen (Diseño de Plantas de Lodos Activados de una sola etapa). Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser.
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Recomendaciones de pasos a seguir 313
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Recomendaciones de pasos a seguir 314
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Recomendaciones de pasos a seguir 315
Walder, C., Lindtner, S., Poresl, A., klegraf, F., & Vasantha. (2011). Adaptation of WWTP design parameters to warm climates using mass balancing of a full scale plant.
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ANEXO A – LISTA DE ABREVIATURAS 316
ANEXO A – LISTA DE ABREVIATURAS
Se presenta la nomenclatura que se utiliza en el documento, agrupándola
en las siguientes categorías17:
i) Dimensiones de las unidades de tratamiento (superficie, volumen)
ii) Caudales y relaciones de recirculación
iii) Carga de los constituyentes (contaminantes) del efluente
iv) Concentración de los constituyentes (contaminantes) del efluente
v) Parámetros del reactor, proceso biológico y sedimentador
vi) Parámetros relacionados con la transferencia de oxígeno
vii) Índices de ubicación de la toma de muestra
i) Dimensiones de las unidades de tratamiento (superficie, volumen)
Asup m2 área superficial del sedimentador secundario
VAT,VTot m3 volumen del reactor biológico/reactor aireado
VBioP, Vana m3 volumen del selector anaeróbico para remoción de
fósforo.
VD,Vanox m3 volumen del reactor biológico utilizado para
desnitrificación
VN, Vaerob m3 volumen del reactor biológico utilizado para nitrificación
17 Adaptado de (ATV-A 131, 2001)
___________________________________________________________
ANEXO A – LISTA DE ABREVIATURAS 317
ii) Caudales y relaciones de recirculación
Qd m3/d caudal seco medio diario del influente
Qh m3/h caudal seco medio horario del influente
QWW,h m3/h caudal máximo horario, de tiempo húmedo
QREC,TOT, QRC m3/h caudal de recirculación total (𝑄𝑅𝐸𝐶,𝑇𝑂𝑇 = 𝑄𝑖𝑛𝑡 +
𝑄𝑙𝑜𝑑𝑜𝑠)
Qint QNit m3/h caudal de recirculación interna (de nitratos)
Qlodos, QRL m3/h caudal de recirculación de lodos
QP m3/h caudal de purga
RecTOT, RC-relación de recirculación total en zona preanóxica
RECTot = QRec tot Qh,DW⁄
Rec Lodo, RL-relación de recirculación. de lodos
Rec𝑙𝑜𝑑𝑜 = Qlodo Qh,DW⁄ o Reclodo Qh,WW⁄
iii) Cargas de los constituyentes (contaminantes) del efluente
Bd, DBO5 kg DBO5 ingresan/d carga diaria de DBO5
Bd, xxx kg xxx ingresa/d carga diaria de otro parámetro
BR, DBO5 kg DBO5 /(m3.d) carga volumétrica de DBO5
BR, xxx kg xxx /(m3.d) carga volumétrica de otro parámetro
BSS, DBO5 kg DBO5 /(kg SST.d) carga de barros de DBO5
BSS, xxx kg xxx /(kg SST.d) carga de barros de otro parámetro
iv) Concentración de los constituyentes (contaminantes) del efluente
Criterio general para la nomenclatura de la concentración de un
constituyente químico
Cxxx mg/l concentración del parámetro XXX en la muestra
homogeneizada
Sxxx mg/l concentración del parámetro XXX en la muestra filtrada
(soluble); (filtro de membrana 0,45 micras)
___________________________________________________________
ANEXO A – LISTA DE ABREVIATURAS 318
Xxxx mg/l concentración del retenido en el filtrado(particulado) 𝐶𝑥𝑥𝑥 =
𝑆𝑥𝑥𝑥 + 𝑋𝑥𝑥𝑥
CDBO5 mg/l concentración de DBO5 en la muestra homogeneizada
CDQO mg/l concentración de DQO en la muestra homogeneizada
CDQO,deg mg/l concentración de DQO biodegradable
CNtot mg/l concentración de nitrógeno total en la muestra
homogeneizada. como N
CPtot mg/l concentración de fósforo total en la muestra
homogeneizada. como P
CNKT mg/l concentración de nitrógeno Kjeldahl en la muestra
homogeneizada.
CNorg mg/l concentración de nitrógeno orgánico en la muestra
homog.
SDBO5 mg/l concentración de DBO5 en la muestra filtrada (0,45 micras)
SDQO mg/l concentración de DQO en la muestra filtrada (0,45 micras)
SDQO,deg mg/l concentración de DQO biodegradable, disuelta
SDQO,inert mg/l concentración de DQO inerte, disuelta
SNinorg mg/l concentración de nitrógeno inorgánico
SNH4 mg/l concentración de nitrógeno amoniacal en la muestra filtrada
(0,45 micras), como N
SNO3 mg/l concentración de nitrato en la muestra filtrada (0,45 micras),
como N
SNO2 mg/l concentración de nitrito en la muestra filtrada (0,45 micras),
como N
SNO3,a.Desnit mg/l concentración de nitrato a ser desnitrificado
SNH4,a.Nitrif mg/l concentración de nitrógeno amoniacal a ser nitrificado
SPO4 mg/l concentración de fosfato como P
XDQO,BM mg/l concentración de DQO de la biomasa
XDQO,deg mg/l concentración de DQO particulada, biodegradable
___________________________________________________________
ANEXO A – LISTA DE ABREVIATURAS 319
XDQO,inert mg/l concentración de DQO particulada, inerte
XNorg,BM mg/l concentración de nitrógeno orgánico incorporado a la
biomasa
XP,BM mg/l concentración de fósforo incorporado a la biomasa
XP,Prec mg/l concentración de fósforo removido por precipitación
simultánea
XP,BioP mg/l concentración de fósforo removido por proceso de
remoción biológica
XSST, SSTEST mg/l concentración de sólidos Suspendidos en el efluente
(filtro 0,45 micras y luego secado a 105°C)
XSS org mg/l concentración de sólidos Suspendidos orgánicos en el
efluente
XSS inorg mg/l concentración de sólidos Suspendidos orgánicos en el
efluente
v) Parámetros relacionados con el proceso biológico y el
sedimentador
b d-1 coeficiente de decaimiento
FT - Factor de temperatura para respiración endógena
fc - factor por pico de demanda carbonosa en la respiración
fN - factor por pico de demanda nitrogenada en la respiración
ISL l/kg Índice de Sedimentabilidad de lodos
qH m/h carga hidráulica de sedimentador secundario
qV L/(m2.h) carga volumétrica de lodo
SF - Factor de seguridad para nitrificación
SRT d Tiempo de retención de sólidos
tss d edad celular, corresponde aproximadamente con el
tiempo de retención de sólidos (SRT)
tss,aerob d edad celular de la masa en la parte aeróbica
T °C Temperatura del líquido en el reactor
___________________________________________________________
ANEXO A – LISTA DE ABREVIATURAS 320
Masa SST, AT kg masa de SST en el reactor biológico/ reactor aireado
MLSST kg/m3 concentración de sólidos en reactor biológico/reactor
aireado
MLSSTSTEP kg/m3 concentración promedio de sólidos en reactor biológico
con desnitrificación en cascada.
SSTBS kg/m3 concentración de sólidos en el fondo del sedimentador
secundario
SSTEAT kg/m3 concentración de sólidos en el efluente del reactor
biológico/reactor aireado (SSEAT=MLSST)
SSTRL kg/m3 concentración de sólidos en la recirculación de lodos
SSTp kg/m3 concentración de lodos en la purga
SSTEST, XSST mg/l concentración de sólidos Suspendidos en el efluente
(filtro 0,45 micras y luego secado a 105°C)
SPd kg SST/d producción diaria total de lodos activados (SST en
purga + SST en clarificado)
SPd,C kg SST/d producción diaria de lodos (SST) generados por
remoción de carbono
SPd,P kg SST/d producción diaria de lodos (SST) generados por
remoción de fósforo
SPesp,DBO5 kgSST/kgDBO5 producción de lodos generados por remoción
de carbono referidos a la DBO5
vi) Parámetros relacionados con la transferencia de oxígeno
Cs mg/L Concentración de saturación de oxígeno disuelto,
dependiente de la temperatura y presión atmosférica
Cx mg/L concentración de oxígeno disuelto en el tanque aireado
(OD)
OC kg O2/h Transferencia de oxígeno de un sistema de aireación, en
agua limpia, con Cx=0 , T = 20°C y P = 1013 hPa
___________________________________________________________
ANEXO A – LISTA DE ABREVIATURAS 321
𝛼 Cociente de transferencia de oxígeno entre barros
activados y agua limpia.
𝛼 OC kg O2/h transferencia de oxígeno de un sistema de aireación,
en el licor de lodos activados, con Cx=0 , T = 20°C y P =
1013 hPa.
OUC,DBO5 kg O2/kg DBO5 consumo diario de oxígeno para remoción
de carbono, referida a la DBO5 consumida
OUd,C kg O2/d consumo diario de oxígeno para remoción de carbono
OUd,N kg O2/d consumo diario de oxígeno para nitrificación
OUd,D kg O2/d consumo diario de oxígeno para remoción de carbono
que es recuperada por desnitrificación
OUh kg O2/h tasa de consumo diario de oxígeno
vii) Índices de ubicación de la toma de muestra (siempre se escribe al
final)
IAT muestra del influente al reactor biológico; si aplica, corresponde al
influente al selector anaeróbico. Por ej: CDQO,IAT
EAT muestra del efluente de salida del reactor biológico
EST muestra del efluente del sedimentador secundario
P muestra de la purga de lodos
RL muestra de la recirculación de lodos
ER requerimientos que debe alcanzar el efluente, con muestra y técnica
de análisis definida
Otras siglas utilizadas
DINAMA Dirección Nacional de Medio Ambiente
N/D nitrificación y desnitrificación
PTE Planta de Tratamiento de Efluentes
SLA Sistema de Lodos Activados
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